세계 최초! 중국 우주정거장에서 재배한 볍씨는 이렇게 생겼다

북경시간으로 2022년 12월 4일 20시 09분, 신주 14호 유인우주선 귀환선이 동풍착륙장에 성공적으로 착륙했다. 이날 120일의 전생명주기를 거친 벼와 애기장대 종자는 기타 유인 우주과학실험견본과 함께 우주응용시스템에 교부했다.

벼는 인류의 주요한 식량작물로서 세계 인구의 절반에 가까운 인류를 먹여살렸으며 향후 유인우주탐사 생명지지 시스템의 주요 후보식량 작물이기도 하다. 공간극미중력을 리용하여 벼를 육종하는 것은 공간식물학연구의 중요한 방향중의 하나이다. 종자는 인류의 식량일 뿐만 아니라 다음 세대 식물을 번식하는 담체로서 인류가 공간에서 장기적으로 생존하려면 반드시 식물이 공간에서 세대교체를 완성하고 종자를 성공적으로 번식하도록 보장해야 한다. 그러나 그동안 국제적으로 공간에서 애기장대, 유채, 완두콩, 밀을 종자에서 종자 배양을 완료했을 뿐 주요 식량작물인 벼는 아직까지 공간에서 전체 생명주기 배양을 완료하지 못했다.

중국 우주정거장 생명과학 프로젝트에서 중국과학원 분자식물과학 탁월혁신센터 정혜경 연구팀은 '극미중력 조건에서의 고등식물의 개화조절분자 메커니즘'을 담당했으며 처음으로 벼의 종자에서 종자 전생명주기 배양 실험을 전개했다. 한편, 개화는 종자를 맺는 전제 조건으로 연구팀은 모델 식물인 애기장대를 리용해 공간 극미중력이 식물의 개화에 미치는 영향을 체계적으로 연구하였다.

2022년 7월 29일 영양 용액을 주입하여 실험을 시작해 11월 25일 실험을 종료했다. 총 120일 동안 궤도에서 실험을 진행하여 애기장대와 벼 종자의 발아, 묘목 생장, 개화와 종자의 전 생애주기에 대한 배양 실험을 완성하였다. 이 기간 우주비행사들은 궤도에서 9월 21일에 진행한 이삭을 배는 벼견본채집을 포함한 세차례의 견본채집을 진행했다. 10월 12일 애기장대 개화기 견본 채집과 11월 25일 벼와 애기장대 종자 성숙기 견본 채집을 하였다. 채집후 개회했거나 이삭을 배는 견본을 -80℃의 저온보관함에 보관하며 종자의 성숙기의 견본을 4℃의 저온보관함에 보관했다. 12월 4일, 샘플이 신주 14호를 따라 지구로 돌아왔다. 계획대로 북경에서 샘플을 인계받은 후 상해 실험실로 이송하여 진일보 검측 분석을 한다.

이번 우주프로젝트가 완성한 실험은 다음과 같다. (1)벼 종자의 발아, 새싹 생장, 이삭 패기, 종자의 전생명주기 배양 실험을 궤도에서 완성하였고 영상을 획득하여 분석하였다. (2)모내기후 공간재생벼를 성공적으로 배육하여 성숙된 종자를 맺어냈다. (3)궤도에서 애기장대 종자의 발아, 묘목 생장 및 3가지 생물시계 조정되는 개화에 중요한 유전자들의 공간 극미중력반응에 대한 영상 관찰 분석을 완성하고 궤도에서 견본을 수집하였다.

우주에서 얻은 영상분석을 지면과의 비교를 통해 공간극미중력이 벼의 높이, 분얼수, 생장률, 수분조절, 대광반응, 개화시간, 종자 발육과정 및 결실률 등 여러 방면에 미치는 영향을 발견하였다. 이 실험을 통해 초보적으로 다음과 같은 사실을 발견하였다.

(1) 벼 포기의 류형이 우주에서 더욱 느슨해지는데 이는 주로 줄기와 잎의 협각이 커졌기 때문이다. 줄기가 작은 벼는 더욱 작아졌지만 줄기가 큰 벼의 높이는 뚜렷한 영향을 받지 않았다. 이밖에 생물시계가 통제하는 벼잎의 생장나선(螺旋)상승운동은 공간적으로 더욱 뚜렷했다.

(2) 우주에서 벼의 개화시간은 지면보다 약간 앞당겨졌지만 물알 배는 시간이 10여일 더 길어졌으며 대부분 벼는 껍데기를 닫지 못했다. 개화시간과 껍데기 닫는 것은 모두 벼의 중요한 농업형질이다. 량자는 모두 식물의 충분한 생식생장을 보장하는 것과 높은 수확 및 우량종자를 획득하는 면에서 중요한 역할을 한다. 이 과정은 유전자 표현에 의하여 조절되며 나중에 샘플 반환을 리용하여 진일보 분석할 예정이다.

(3) 우주에서 벼재생실험을 진행하고 재생벼의 종자를 얻었다. 그루를 자른 20일만에 벼이삭이 2개를 재생했다. 이는 공간이 좁고 페쇄된 환경에서 벼를 재생할수 있으며 공간작물의 고효률생산에 새로운 아이디어와 실험증거를 제공하였다. 이 기술은 단위체적에서의 벼생산량을 크게 증가시킬수 있는바 국제상 처음으로 공간에서 시도된 재생벼기술이다.

(4) 처음으로 우주생물시계로 광주기 개화를 조절하는 관건 유전자에 대해 연구를 진행하였다. 유전자 돌변과 유전자 변형의 방법을 리용하여 세가지 부동한 개화시기의 애기장대를 구축하였는데 각각 조기 개화, 지연 개화, 정상 개화 (야생형)이다. 애기장대의 생장 발육에 대한 관찰 및 분석을 통해, 극미중력에서의 개화에 대한 핵심 유전자의 반응이 지면과 뚜렷한 차이가 있음을 발견하였으며 지면에서 일찍 개화한 애기장대는 극미중력하에서 개화시간이 많이 연장된 것을 발견했다.

이밖에도 생물시계 유전자 돌변후 애기장대의 배축이 길어졌다. 이는 생물시계 유전자가 애기장대의 우주에서의 성장형태와 환경에 매우 중요한 양향을 끼치는 것을 설명한다. 향후 개화 유전자를 개조하여 식물이 우주 극미중력 환경에 적응하는 것을 촉진하는데 새로운 방향을 제공해 주었다. 연구팀은 계속해서 우주환경에 적응할 수 있는 애기장대의 분자 기초를 심층적으로 분석할 것이다.

출처:흑룡강일보 편역:리흔 

编辑：李昕 审核：朴永万