돌연변이 옥수수는 농업의 미래가 될 수 있다

미국에서는 옥수수 시럽이 왕이고 진짜 설탕은 왕자 지위 근처에 맴돌고 있습니다. 우리는 옥수수에 중독되었고, 옥수수도 질소에 중독되었습니다. 오래 전에 사람들은 작물을 윤작함으로써 토양에 영양분이 풍부한 상태를 유지하고, 이는 질소를 유지함으로써 어느 정도 도움이 된다는 것을 알아냈습니다. 그런 다음 우리는 질소 비료를 만드는 방법을 알아냈고, 그 사용을 통해 지난 100년 동안 평균 작물 수확량을 본질적으로 두 배로 늘렸습니다.

모든 식물에 추가 질소가 필요한 것은 아닙니다. 콩이나 대두 같은 콩과 식물은 스스로 만들 수 있습니다. 그러나 옥수수에는 반드시 질소가 필요합니다. 1980년대 현재 Mars, Inc.의 농업 부문 책임자인 Howard-Yana Shapiro는 새로운 종류의 옥수수를 찾기 위해 세계 옥수수 수도인 멕시코로 떠났습니다. 그는 멕시코 남부의 오악사카 믹스 지구에서 하나를 발견했습니다. 이 옥수수는 미국 옥수수보다 키가 몇 피트 더 컸을 뿐만 아니라 끔찍한 토양에서도 어지러울 정도로 높이 자랐습니다.

Shapiro는 옥수수의 성공이 옥수수대에서 튀어나온 손가락 모양의 공중 뿌리와 관련이 있을 수 있다고 생각했습니다. 수십 년이 지난 후, 그의 말이 옳았다는 것이 밝혀졌습니다. UC Davis의 연구원들은 이러한 공중 뿌리를 통해 식물이 투명하고 시럽 같은 점액에 있는 박테리아와의 공생 관계를 통해 공기에서 질소를 빼앗을 수 있음을 입증했습니다. 이 과정을 질소고정이라고 합니다.

그렇다면 우리가 이미 질소 비료를 갖고 있다면 왜 스스로 질소 비료를 만드는 식물을 찾아야 할까요? 인공적인 형태의 질소 고정인 하버-보쉬 비료 제조 공정은 척박한 토양을 덜 중요한 요소로 만듭니다. 그러나 암모니아 기반 비료에 들어 있는 여분의 질소는 인근 하천이나 호수로 흘러가는 경향이 있어 환경에 위험을 초래합니다. 그리고 비료용 암모니아를 만드는 과정에는 화석 연료가 필요하고 많은 에너지를 사용하며 온실가스를 배출합니다. 대체로 농업을 위해 환경을 파괴하는 것은 끔찍한 일입니다. 그런데 먹여야 할 사람이 너무 많은데, 또 무슨 일이 있겠습니까?

지난 10년 동안 UC Davis 연구자들은 DNA 염기서열 분석을 사용하여 식물의 Sierra Mixe 품종에 있는 점액이 옥수수에 미생물을 제공하여 옥수수가 먹을 수 있는 설탕과 산소로부터 보호하는 층을 제공한다는 것을 확인했습니다. 그들은 식물이 이런 방식으로 질소의 30~80%를 얻는다고 믿습니다. 연구자들은 또한 미생물이 실제로 질소 고정 과에 속하며 콩과 식물에서 발견되는 것과 유사하다는 것을 증명했습니다. 가장 인상적인 점은 Sierra Mixe 옥수수를 캘리포니아주 데이비스와 위스콘신주 매디슨에 이식하여 성공적으로 재배할 수 있었으며, 이는 질소 고정 기술이 옥수수의 본거지에만 국한되지 않는다는 것을 증명했다는 것입니다. 이제 그들은 기근을 생성하는 유전자를 확인하기 위해 노력하고 있습니다.

그러나 우리는 아마도 조만간 Sierra Mixe 옥수수로 전환하지 않을 것입니다. 성숙하는 데는 8개월이 걸리며, 이는 3개월의 숙성 기간에 익숙한 미국인의 입맛에 비해 너무 느립니다. 다른 식물이 스스로 질소를 고정하도록 하는 방법을 알아낼 수 있다면 우리가 얼마나 멀리 갈 수 있을지 누가 ​​알겠습니까? 연구 결과에 따르면 유전자 변형 식품에 대한 불신이 나타났기 때문에 더 많은 사람들이 CRISPR를 사용하여 자가 질소 고정을 시도하는 대신 옥수수 사촌에게서 접목된 초능력을 받아들일 가능성이 높습니다.

지적 재산권 문제는 문제가 될 수 있지만 연구원들은 시에라 믹스(Sierra Mixe) 커뮤니티가 연구 및 상업화로부터 이익을 얻을 수 있도록 법적 계약을 체결함으로써 멕시코 정부와 올바른 관계를 맺기 시작했습니다. 우리는 그들이 무엇을 할 수 있는지 보고 싶습니다. 자가 고정 능력을 다른 식물에 이식할 수 없다면 아마도 Haber-Bosch 공정을 개선할 수 있는 희망이 있을 것입니다.