인공지능 활용 도라지꽃색 판별용 분자 마커 개발

인공지능 활용 도라지꽃색 판별용 분자 마커 개발 - 품종 개발 기간 1/5 이상 단축 기대…국제학술지에 논문 게재 -

□ 농촌진흥청(청장 허태웅)은 유전체 빅데이터와 인공지능 기술을 이용해 도라지꽃색 판별용 분자 마커를 개발했다.

○ 분자 마커는 식물체 등 유기체가 공통으로 가지는 분자로, 생명체의 유전적인 특징이나 진화적인 역사에 대한 정보를 담고 있어 우수 품종을 개발하는 데 활용된다.

○ 분자 마커를 활용하면 씨를 뿌려 키우지 않아도 꽃 색, 병 저항성, 생산성 등 우리가 알고 싶은 특징을 바로 찾아낼 수 있어 품종개발 기간을 1/5 이상 줄일 수 있다.

 

□ 이 기술은 지난해 7월 농촌진흥청이 완전해독에 성공한 도라지 유전체를 바탕으로 생명 정보 데이터(자료)와 인공지능의 한 형태인 머신러닝(기계학습)을 이용해 육종 현장에서 필요한 신뢰도 높은 분자 마커를 단시간에 개발한 것이다.

○ 연구진은 도라지꽃색과 관련된 분자 마커 개발을 위해 6종의 기계학습 알고리즘에 60종 전사체와 480종 유전형 칩(genotyping chip) 데이터를 입력하고, 다중 시뮬레이션(모의실험)을 통한 반복을 거쳐 9개의 꽃색 판별 분자 마커를 개발했다.

○ 기존 도라지 품종 육종에서는 도라지의 꽃 형질을 확인하려면 꽃이 필 때(일반적으로 100일)까지 기다려야 했다. 하지만, 이번 분자 마커의 개발로 종자 발아 후(20일) 바로 꽃색 형질을 확인할 수 있어 도라지 육종기간을 줄일 수 있게 됐다.

○ 이렇게 개발한 분자 마커는 디엔에이(DNA)를 추출해 유전자를 증폭시키는 등 기존 시험방법으로 정확도와 신뢰도를 검증한 결과, 95% 신뢰도를 나타냈다. 또한, 꽃색에 따라 인공지능(6종 기계학습 알고리즘)의 정확도는 82∼98%였으며, 인공지능 종합 평균 정확도는 92%였다.

○ 에스엔피(SNP) 분자 마커 개발을 위해서는 해당 작물의 표준 유전체 해독 정보(4∼5년 소요)가 필수였으나 이번 연구를 통해 표준 유전체 해독 정보가 없더라도 전사체 정보와 칩 정보(6개월)만으로 분자 마커를 개발할 수 있음을 확인했다.

○ 이번 연구는 기존 분자 마커 기술이 아닌 인공지능과 디지털화된 생명 정보 해독 데이터를 활용해 단시간에 분자 마커를 개발할 수 있음을 확인한 데 의의가 있다.

 

□ 이번 연구 결과는 세계적인 학술지 Scientific Reports (IF=3.998, 논문표준화지수=77.14)에 게재됐으며, 분자 마커는 특허출원 완료했다.

 

□ 농촌진흥청 유전체과 안병옥 과장은 “이번 연구로 생명 정보에 인공지능 기술을 접목해 우수 품종을 개발하는 디지털 육종이 실제로 가능하다는 모델(본보기)을 제시했다는 것이 가장 큰 의의라고 할 수 있다.”라고 말했다.

○ 경북대학교 김경민 교수는 “우수 품종개발을 위한 분자 마커의 중요성이 커지고 있어, 인공지능을 활용한 기술 개발로 작물 육종에 드는 노력을 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.

 

출처 : 농촌진흥청