씨 없는 수박과 바나나는 어떻게 번식할까? — 매년 교배하는 작물과 평생 복제하는 작물

마트에서 씨 없는 수박을 집어 들었더니 옆에 있던 친구가 묻습니다. “씨가 없으면 얘네는 대체 어떻게 번식해? 부모끼리 교배만 시켜서 자식을 만들고, 자식은 먹기만 하는 거야?” 잠깐 생각하다가 이어서 한 가지를 더 묻습니다. “그럼 이거 유전자 건드린 GMO 아니야?”

두 질문은 따로 보이지만 같은 곳에서 갈립니다. 씨 없는 과일이 어떻게 다음 세대를 만드는지만 알면, GMO인지 아닌지도 함께 정리되기 때문입니다.

질문

씨가 없는 과일은 번식의 길이 막힌 작물처럼 보입니다. 씨가 곧 다음 세대인데, 그 씨가 없으니 사람이 무언가 인위적으로 개입하고 있을 것이라는 추측이 자연스럽게 나옵니다. 그 개입이 "부모를 교배해서 자식을 만들어 내고, 자식은 소비만 하는 구조"일 것이라는 짐작이 첫 번째 통념입니다. 개입이 있다면 유전자를 직접 고친 GMO일 것이라는 짐작이 두 번째 통념입니다. 여기에 "바나나는 전부 같은 유전자래"라는 소문도 따라붙습니다.

정말 그럴까요? 수박, 바나나, 감자는 같은 방식으로 번식할까요? 그리고 그 방식은 GMO의 법적 정의에 걸릴까요?

검증

1단계: GMO의 기준부터 확인합니다

번식 이야기로 들어가기 전에, 무엇을 GMO라고 부르는지 기준부터 확인하겠습니다. 국제적 기준은 생물다양성협약의 「바이오안전성에 관한 카르타헤나 의정서」입니다. 제3조(g)는 유전자변형생물체(LMO)를 "현대생명공학기술을 이용해 얻은 새로운 유전물질 조합을 가진 생물"로 정의합니다.^[1] 같은 조 (i)는 현대생명공학기술을 두 가지로 한정합니다. 체외 핵산 기술(재조합 DNA, 세포나 세포 소기관에 핵산을 직접 주입하는 것 포함)과, 분류학상 과(科)를 넘는 세포융합입니다. 그리고 이 기술들에는 “자연의 생리적 생식·재조합 장벽을 극복하는” 기술이면서 “전통 육종과 선발에 쓰이지 않는” 기술이라는 단서가 붙습니다.^[1]

한국의 「유전자변형생물체의 국가간 이동 등에 관한 법률」(LMO법)도 같은 골격입니다. 제2조 제2호는 다음 각 목의 현대생명공학기술을 이용해 새롭게 조합된 유전물질을 포함한 생물체를 유전자변형생물체로 보고, 가목 “인위적으로 유전자를 재조합하거나 유전자를 구성하는 핵산을 세포 또는 세포 내 소기관으로 직접 주입하는 기술”, 나목 "분류학에 의한 과(科)의 범위를 넘는 세포융합기술"을 듭니다.^[2] 다만 한국 조문의 나목에는 의정서와 달리 "전통 육종에 쓰이지 않는 기술"이라는 단서가 따로 붙어 있지 않습니다.^[2]

다른 나라는 선이 조금 다릅니다. EU의 지침 2001/18/EC 제3조 제1항은 부속서 I B에 열거된 유전자변형 기술로 얻은 생물에는 지침을 적용하지 않는다고 하고,^[3] 그 목록(부속서 I B)에는 돌연변이 유발과, 전통 교배로 유전물질을 교환할 수 있는 생물 사이의 식물세포융합이 들어 있습니다(재조합 핵산을 쓰지 않는 조건).^[4] 같은 지침의 부속서 I A 제2부는 한발 더 나아가 "배수성 유도(polyploidy induction)"를 유전자변형에 해당하지 않는 기술로 명시합니다(역시 재조합 핵산을 쓰지 않는 조건).^[4] 미국 농무부의 생명공학 식품 공개 표준(7 CFR 66.1)은 체외 재조합 DNA(rDNA) 기술로 유전물질을 바꾼 식품 가운데, 그 변형을 전통 육종으로 얻을 수 없거나 자연에서 찾을 수 없는 경우만 "bioengineered food"로 정의합니다.^[5]

결론은 이렇게 정리됩니다. 어느 나라 기준이든 GMO의 핵심 조건은 "외부 핵산을 넣거나 재조합하는 기술을 썼는가"입니다. 염색체 수를 바꾸는 배수체 육종이나 몸의 일부를 떼어 심는 번식은 이 목록에 없습니다. 이제 본론인 번식 방식으로 가겠습니다.

2단계: 씨 없는 수박은 정말 "부모 교배, 자식은 먹기만"입니다

씨 없는 수박의 원리는 염색체를 세는 것으로 시작합니다. 보통 수박은 염색체를 두 벌(2배체) 가지며 세포당 22개입니다.^[9] 여기에 콜히친이라는 화학물질을 처리하면 세포 분열 때 염색체가 갈라지지 못해 네 벌(4배체), 즉 44개짜리 수박이 만들어집니다.^[9] 이 4배체를 어머니로, 보통 2배체를 아버지로 교배하면 종자의 염색체는 어머니 쪽 생식세포 $2x = 22$개와 아버지 쪽 $x = 11$개를 합쳐 다음과 같이 됩니다.

$$22 + 11 = 33 = 3x\quad (x = 11)$$

세 벌짜리 3배체 종자(염색체 33개)입니다.^[9] 3배체는 감수분열(생식세포를 만드는 세포 분열) 때 염색체를 고르게 나누지 못해 정상적인 생식세포를 만들지 못하므로, 이 수박은 성숙한 종자를 남기지 못합니다.^[6] 이 방법을 1951년 미국원예학회 회보에 보고한 사람이 일본의 기하라 히토시입니다. 특허 문헌은 3배체 수박을 "4배체 모계와 2배체 부계를 교배한 F1 잡종"으로 설명하며 이 논문을 인용합니다.^[6][7]

여기서 친구가 던진 첫 질문의 답이 나옵니다. 수박에서는 "부모를 교배하고, 자식(3배체)은 먹기만 한다"가 사실입니다. 3배체 수박은 종자를 남기지 못하므로 다음 해 씨 수박을 얻으려면 4배체 어머니와 2배체 아버지를 또 교배해야 합니다. 그리고 이 교배는 종자 회사의 채종 밭에서 일어납니다. 농가는 종자를 매년 사서 심습니다.

한 가지 더 있습니다. 3배체 수박은 꽃가루가 없는 것이나 마찬가지여서, 열매가 맺히려면 2배체 수박의 꽃가루가 필요합니다. 특허 문헌은 "3배체 암꽃이 열매를 맺으려면 2배체 수분수의 충분한 생존 꽃가루가 필수적"이라고 밝힙니다.^[6] 재배 가이드는 3배체 세 포기에 2배체 한 포기, 최소 1:3의 비율로 섞어 심기를 권합니다.^[8] 씨 없는 수박밭에는 씨 있는 수박이 반드시 섞여 있다는 뜻입니다.

수박을 자르면 보이는 흰 알갱이는 어떨까요? 플로리다대학 연구·보급 기관(UF/IFAS)의 자료는 씨 없는 수박에도 씨의 흔적 구조가 생기지만, 작고 부드럽고 맛이 없는 흰 종피(씨껍질)일 뿐이며 과육과 함께 먹는다고 설명합니다.^[9] 재배 가이드도 이를 얇고 먹을 수 있는 흰 밑씨로 부르며, 식물이 스트레스를 받으면 보통 모양의 검은 씨가 가끔 생길 수 있다고 덧붙입니다.^[8] 즉 "씨가 없다"는 말은 "씨가 될 구조가 아예 없다"가 아니라 "여물어 번식에 쓸 수 있는 씨가 없다"에 가깝습니다.

3단계: 바나나는 교배 자체가 없습니다

바나나로 가면 이야기가 달라집니다. 시중의 바나나(캐번디시)는 유전체가 세 벌인 3배체(AAA)이며,^[10] 수박과 마찬가지로 정상적인 생식세포를 만들지 못해 불임입니다. 다만 수박과 결정적으로 다른 점이 있습니다. 바나나는 수분이 없어도 열매가 달리는 단위결실을 하므로 씨를 만들려 애쓸 필요가 없고, 번식은 처음부터 다른 방식으로 했습니다. 재배 바나나는 2배체·3배체 씨 없는 잡종으로 선발되어 영양번식, 즉 몸의 일부로 퍼뜨리는 방식으로 널리 확산되었다고 2012년 『네이처』 바나나 유전체 논문의 초록이 요약합니다.^[11] 바나나의 가장 흔한 번식 재료는 뿌리줄기에서 나는 곁가지(흡지)이고, 상업 재배에서는 생장점 조직을 배양해 만든 묘도 쓰입니다.^[12]

따라서 바나나에 대한 "부모를 교배해서 자식을 만들고…"라는 질문의 답은 이렇습니다. 교배 단계가 없습니다. 자식은 부모의 몸 조각입니다. 그래서 같은 그루터기에서 나온 바나나는 유전적으로 한 개체의 일부입니다. 이 점이 수박과 가장 크게 갈리는 부분입니다. 수박은 매번 새로운 3배체를 교배로 만들지만, 바나나는 이미 선발된 하나의 개체를 계속 잘라 심을 뿐입니다.

4단계: 감자와 사과는 씨가 있어도 쓰지 않습니다

감자는 흥미로운 중간 사례입니다. 감자는 꽃이 피고 열매와 씨가 생깁니다. 그런데도 씨로 심지 않습니다. 재배 감자는 유전자가 서로 다른 짝을 갖는 이형접합 상태의 자가 4배체($2n = 4x = 48$)이고, 전통적으로 덩이줄기로 재배해 왔습니다.^[13] 그런 감자의 기존 품종이나 품종 간 교배 종자에서 얻은 진짜 감자 씨(true potato seed) 자손은 이형접합성이 극단적이어서 대부분 형질이 제각각이라는 것이 육종 연구의 설명입니다.^[13] 그래서 덩이줄기(우리가 먹는 감자 자체)를 잘라 심어 한 번 좋았던 개체를 그대로 복제합니다. 육종학에서도 감자는 자가 4배체이면서 무성번식으로 유지되는 작물로 꼽힙니다.^[14]

사과도 같은 논리입니다. 사과 씨는 멀쩡히 있지만, 이형접합이어서 씨에서 자란 나무는 어미 나무와 같은 맛이 나지 않습니다. 일리노이대학 보급 자료는 그래서 이름 붙은 사과 품종은 씨가 아니라 접목으로 복제해 번식해야 한다고 설명합니다.^[15] 즉 씨가 있다는 것과 씨로 번식한다는 것은 별개입니다.

반론

여기까지 읽고 "그럼 바나나는 전부 똑같다는 소문이 맞는 것 아닌가?"라고 생각할 수 있습니다. 어느 정도는 맞지만 범위를 정확히 해야 합니다.

맞는 부분. 국제식량농업기구(FAO)는 캐번디시가 가장 많이 교역되는 품종이며 전 세계 생산의 “절반에 조금 못 미치는” 비중이라고 적습니다.^[16] 『네이처』 논문 초록도 현재 생산의 절반이 단일 3배체 유전자형에서 나온 체세포변이체(소마클론)에 의존한다고 요약합니다.^[11] 이 단일 클론 구조의 위험은 과거에 실제로 일어났습니다. 1950년대 파나마병(곰팡이성 시들음병) 때문에 수출용 품종 '그로 미셸’이 무너졌고, 수출 회사들은 1950년대 후반부터 저항성이 있는 캐번디시로 교체하기 시작해 1960년 무렵에는 그로 미셸이 대부분 사라졌습니다.^[17]

틀린 부분. 첫째, "바나나 전체"로 넓히면 틀립니다. 위 수치도 절반 "가까이"일 뿐이며 나머지는 다른 품종이 차지합니다.^[16] 둘째, 캐번디시 안에서도 완전히 같지는 않습니다. 조직배양이나 포기 번식을 거듭하는 동안 작은 변이가 쌓이고, 그중 쓸모 있는 것이 선발되기 때문입니다. 대만의 연구소는 캐번디시 계열 '페이치아오’에서 나온 소마클론 GCTCV-218(상품명 ‘Formosana’)을 선발했는데, 시험 포장에서 TR4(현재 캐번디시를 위협하는 새 계통 시들음병) 발병률이 4.3%와 4.1%로, 대조 품종의 25.5%와 29.6%보다 낮았습니다.^[18] 다만 호주 북부준주의 3년 시험에서는 캐번디시 품종 '윌리엄스’만큼 취약했다는 결과도 같은 자료에 함께 있어서,^[18] 이것이 만능 해결책이라는 뜻은 아닙니다.

정리하면 "수출용 캐번디시는 거의 한 클론의 후손이다"는 거의 맞고, "모든 바나나가 유전적으로 같다"는 틀린 말입니다.

사실

씨 없는 수박은 GMO가 아니라 4배체와 2배체를 교배해 얻은 3배체($22 + 11 = 33$ 염색체) 육종 작물입니다. 카르타헤나 의정서와 한국 LMO법의 GMO 정의는 외부 핵산을 넣는 기술이나 과를 넘는 세포융합을 기준으로 삼고, 배수체 육종과 영양번식은 그 목록에 없습니다. 그리고 질문의 직관은 수박에서만 맞습니다. 수박은 매년 부모를 교배하고 자식은 먹기만 하지만, 바나나와 감자는 교배 자체가 없고 자식이 부모의 조각입니다.

"씨가 없으니 사람이 손을 댔을 것"이라는 통념에서 손은 맞게 짚었습니다. 다만 그 손이 유전자 편집용 핀셋이 아니라 매년 반복하는 꽃가루 붓질이거나, 아예 가위질이었습니다. 씨 없는 수박은 씨를 사 와서 심는 작물이고, 씨가 있는 감자와 사과는 씨를 외면하고 가지와 덩이줄기를 심는 작물입니다. 번식에서 씨가 차지하는 비중은 과일에 씨가 있느냐와 별로 상관이 없었습니다.

"그럼 진짜 GMO 작물은 아예 없는 거냐"는 질문에도 반전이 있습니다. GMO 바나나와 감자는 실제로 존재합니다. 호주 유전자기술규제청(OGTR)은 퀸즐랜드공대의 TR4 저항성 바나나 QCAV-4에 상업 재배 허가(DIR 199)를 내주었고,^[19] 호주·뉴질랜드식품기준청(FSANZ)도 2024년 이 바나나로 만든 식품을 승인했습니다.^[20] 미국 농무부 동식물검역청(APHIS)은 2014년 11월 심플롯(Simplot)의 이너트(Innate) 감자 10개 계통을 더는 규제 대상이 아니라고 결정했습니다.^[21] 변형 목적은 바나나가 파나마병 저항성, 감자가 낮은 아크릴아마이드 생성과 멍(흑반) 감소로, "씨 없음"과는 별개 문제입니다. 참고로 씨 없는 수박을 우장춘 박사가 만들었다는 이야기도 흔한 오해입니다. 한국교육신문의 2007년 기사는 일본의 기하라 히토시가 1943년에 이미 재배에 성공했고, 우장춘이 1952년 국내에서 재배해 농민들에게 육종 기술을 보여 주는 역할을 했다고 정리합니다.^[22]

씨가 없다는 이유로 의심받은 수박은 억울하게 누명을 쓴 셈이고, 진짜 GMO가 존재하는 바나나와 감자는 의심 한 번 받지 않고 지나갔습니다.