씨 없는 과일과 채소: 유전학에서 식료품 매장까지

배경

우리가 과일이라 부르는 식용 부위는 식물의 성숙한 자방입니다. 자연에서는 과일이 땅에 떨어지거나 동물이 먹고 배설하며 씨앗이 퍼지는데, 과일을 운반 시스템으로 이용합니다. 하지만 소비자에게 씨앗은 골칫거리일 수 있습니다—포도의 쓴 씨앗이나 복숭아의 단단한 핵을 생각해 보세요. 식용 쾌감을 높이기 위해 원예학자들은 씨 없는 품종을 개발해 왔습니다. 씨 없는 포도는 현재 미국 시장의 절반 이상을 차지하며, 네이블 오렌지는 감귤 산업의 주력이고, 씨 없는 수박은 1990년대 데뷔 이후 인기를 끌고 있습니다. 새로운 씨 없는 품종을 만드는 데는 세심한 교배가 필요하며, 상업 출시까지 수십 년이 걸릴 수 있습니다.

역사

작은 씨앗이나 큰 과일 같은 형질을 얻기 위한 식물 육종은 농업 초기부터 시작되었습니다. 과학적 기초는 19세기 중반 그레고어 멘델이 유전의 법칙을 발표하며 형질이 이산 단위(우리가 지금 유전자라 부르는 것)로 전달됨을 밝히면서 마련되었습니다. 멘델의 연구는 수십 년간 잊혔다가 20세기 초 재발견되었고, 유전자(대립유전자, 우성 및 열성 형태)로 구성되어 식물 특성을 지배함이 밝혀졌습니다. 육종에서는 양친의 바람직한 대립유전자를 결합하는 것이 목표이며, 열성 형질이라면 양친 모두 보유해야 자손에 발현됩니다.

씨 없는 품종은 자연 돌연변이에서 비롯되는 경우가 많습니다. 네이블 오렌지는 1800년대 브라질 과수원에서 발견된 단일 돌연변이에서 유래했습니다. 모든 현대 네이블 오렌지는 그 나무에서 파생되었습니다. 유럽 씨 없는 포도는 19세기 처음 재배되었는데, 톰슨(Thompson)이라 불리는 균주에서 유래합니다. 이 균주는 씨앗 낙태를 유발하는 유전적 이상을 가집니다. 수분은 일어나지만 배아가 몇 주 후 성장을 멈춰 과일 안에 작고 비영양적인 알갱이만 남습니다. 재배자들은 지베렐린(gibberellin)이라는 천연 생장 호르몬을 살포해 낙태된 씨앗에도 불구하고 과육이 충실해지도록 합니다.

씨 없는 수박은 1990년대 미국 시장에 진입했습니다. 이 품종은 정상 수박이 이배체(2배체)인 반면 삼배체(3배체) 염색체 세트를 가져 불임입니다. 삼배체는 이배체 식물에 사배체(4배체) 부모의 꽃가루를 묻혀 만듭니다. 결과적인 잡종은 이배체에서 1개, 사배체에서 2개 염색체를 물려받아 사실상 씨 없는 과실을 맺으며, 이를 수확·판매합니다.

연구개발

새로운 씨 없는 품종 개발은 노동 집약적입니다. 농업 연구소나 정부 연구소의 연구자들이 수만 개의 실생묘를 선별해 원하는 형질을 찾습니다. 씨 없는 과일은 맛, 병저항성, 외관에서 유씨 품종과 동등하거나 우수해야 합니다. 예를 들어 수상 경력의 적색 품종 '플레임 씨리스(Flame Seedless)' 포도는 10만 개 이상의 실생묘와 5개 모본 품종 간 교배의 산물입니다.

전통 육종으로 씨 없는 과일 생산 성공률은 약 15%였습니다: 유씨 암수에 씨 없는 수수를 교배하면 6번 중 1번꼴로 씨 없는 자손이 나왔습니다. 현대 조직배양 기술로 이 과정이 가속화되었습니다. 포도에서는 씨 없는 계통의 낙태된 씨앗을 페트리 접시에서 배양한 뒤 다른 씨 없는 계통과 교배해, 자손의 50~100%를 씨 없는 품종으로 만들 수 있습니다. 유사한 조직배양법을 수박과 토마토에도 적용해 개념에서 시장 출시까지 시간을 획기적으로 단축했습니다.

재배

규모 확대

• 새 품종이 확정되면 상업 종자 회사가 라이선스를 받아 종자나 묘목을 대량 생산합니다. 씨 없는 수박의 경우 사배체(4배체) 식물로 시작해, 다른 수박과 교차 수분을 막기 위해 최소 3마일 떨어진 격리된 밭(보통 1~5에이커)에 심습니다. 이 밭은 옥수수 등 작물로 둘러싸는 경우가 많습니다. 벌이 사배체 식물을 수분시켜 종자용 씨앗을 생산하고, 이를 이배체 품종과 함께 심습니다. 수작업 수분으로 이배체 꽃가루가 사배체 꽃을 수정시켜 씨 없는 형질을 가진 삼배체 과실이 맺힙니다. 이 씨앗을 농부에 판매합니다.

발아

• 삼배체 씨앗은 예민해 관리된 발아가 유리합니다. 보통 온실에서 시작하며 온도를 85°F(29°C) 정도로 유지합니다. 대부분 싹이 트면 70~80°F(21~27°C)로 낮춥니다. 씨앗의 두꺼운 껍질을 살짝 긁어 발아를 돕고, 최소한의 물로 가벼운 포팅 믹스를 사용합니다.

밭에서

• 발아 3~4주 후 묘목을 밭에 이식합니다. 삼배체 2~3줄당 이배체 수박 1줄을 심어 동시 성숙을 도모합니다. 이배체 품종은 삼배체와 동시에 또는 더 일찍 수확되도록 선택하며, 수확 시 혼동을 피하기 위해 과피 색을 다르게 하는 경우가 많습니다. 벌이 두 꽃을 모두 수분시켜 씨 없는 삼배체 과실을 맺게 하고, 이를 수확·판매합니다. 다음 시즌에도 씨 없는 수박을 계속 생산하려면 새 씨앗을 심어야 합니다.

미래

조직배양과 유전자 편집 기술의 발전으로 씨 없는 품종 개발 주기가 단축되고 있습니다. 원예학자들은 이제 틈새 시장을 공략할 수 있습니다—예를 들어 공급이 부족한 8월에 익는 씨 없는 흑포도. 유전자 이식 기술로 수분 없이 과일 생장을 촉진하는 성장 호르몬 생성 유전자를 삽입해 씨 형성을 없앨 수 있습니다. 이러한 생명공학적 돌파구는 1990년대 후반 토마토와 수박에 성공적으로 적용되었으며, 식물 과학의 급성장하는 프론티어를 대표합니다. 더 다양한 씨 없는 과일과 채소가 더 빠른 출시 속도와 맞춤형 형질로 매장에 진열될 것으로 기대됩니다.