앞으로의 모습은 무엇일까?
이 보고서는 지금까지 위원회의 과제 성명에 대한 "경험" 측면에 초점을 맞춰왔다. 본 장의 목적은 "예상" 즉, 앞으로 농작물에서 유전공학이 어떻게 사용될 수 있는지를 고려하는 것이다. 그것은 미래의 이 기술에 대한 추측을 포함한다. 전반적인 농작물 개선에서 유전공학에 대한 맥락을 제공하기 위해, 이 장에서는 먼저 농작물 유전학 및 식물 번식에 관련된 기초지식의 빠른 발전을 가능하게 하는 식물 배양 방법과 유전체학 접근법에 대한 설명을 제공한다. 그런 다음, 현재 사용의 폭과 깊이 및 현재 한계를 조사하면서 일반적으로 사용되는 이 기술에 대해 논의한다. 다음으로, 합성 생물학과 게놈 편집을 포함한 새로운 이 기술에 대한 지평을 스캔하고 그것들이 농작물의 미래를 어떻게 형성할 지 추측한다. 게놈 편집의 예상 적용과 관련 비표적 효과 평가에 이용할 수 있는 기술에 대해 더 자세히 논의한다. 마지막으로, 후생유전체학 접근법을 검토하여 유전공학 및 재래식 식물 번식의 의도되거나 의도되지 않은 영향을 평가할 수 있는 잠재력을 평가한다.
위원회는 유전공학 기술의 발전은 특히 발전된 재래식 재배 방법과 결합했을 때 21세기의 농작물 개선을 향상시킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다고 결론짓는다. 현대식 식물 재배 방법은 전통적인 식물 재배 방법과 많은 차이를 보인다. 전통적인 식물 재배 접근법은 크로스와 돌연변이 유발물을 사용하여 생성된 개별 식물 중에서 바람직한 농균성 및 제품 특성(즉, 표현형)을 가진 식물 세균의 선택에 의존한다. 번식은 전적으로 표현형식에 기반을 두고 있었다. 즉, 식물은 식물의 유전적 구성에 대한 지식 없이 수율과 같은 특징에 의해서만 선택되었다. 잠재적으로 관심이 있는 모든 식물은 재배되고, 표현되고, 수확될 것이며, 모두 시간집약적이고 자원집약적이다. 1980년대 분자생물학의 번식 프로그램 진입은 DNA 기반 분자표시를 사용하여 원하는 형태의 유전자를 가진 개별 식물의 균열을 검사하는 표현형과 표식기 지원 선택의 유전적 결정요인에 대한 지식을 가능하게 했다. MAS는 바람직한 개별 식물을 선택하는 데 필요한 식물 표본 크기를 줄였고, 비용을 절감하고 효율성을 높이기 위해 많은 작물에 사용되어 왔다. MAS는 유전적 구성에 기초하여 개체군에서 개별 식물을 식별하고 제거할 수 있도록 허용하며, 그 결과 지속적인 전파 및 다운스트림 표현과 관련된 비용을 감소시킨다. 예를 들어, MAS 이전에, 과일 나무 사육 프로그램의 각 나무는 표현될 수 있는 과일을 생산하기 전에 몇 년 동안 재배되어야만 했다. 그러나 자기적합성(수정이 외부 기증자 꽃가루를 필요로 하지 않는 수정)과 과일 크기와 관련된 분자표시는 최근 달콤한 체리 번식 프로그램에서 이 두 가지 중요한 시장 특성에 유리한 알레르기가 부족한 묘목을 제거하기 위해 사용되어 상당한 절감 효과를 거두고 있다. MAS는 특성을 부여한 특정 유전자에 대한 지식이 필요하지 않으며, 특성을 제어하는 유전자 내에 있을 수도 있고 없을 수도 있는 특징과 밀접하게 연관된 표지만 요구한다. MAS는 모든 식물 재배 프로그램에 사용되지는 않지만, 더 많은 유전 정보가 제공되고 선별 비용이 감소함에 따라 곧 보편화될 수 있다.
다른 모든 생물학 분야와 마찬가지로, 식물 번식은 이제 유전체학 시대에 접어들었으며, 이 시대에서 패러다임 변화 방법이 접목되어 번식의 효율성을 가속화하고 향상시키고 있다. 유전체학을 사육과 유전학 연구에 접목시킴으로써 농작물 유전학, 종의 다양성, 특성의 분자적 기반, 원시 야생종에서 유래한 농작물 기원의 진화적 역사 등에 대한 지식 기반이 확대되었다. MAS와 게노믹스는 피노티핑을 위한 사육 파이프라인에 보존해야 하는 개별 식물의 수를 크게 줄인다. 게놈 수준 데이터 집합과 유전체 기술은 관련 농생명적 특성에 중요한 인과적 유전자, 알레르기와 로키를 식별하기 위해 사용되어 왔으며, 따라서 번식 주기를 가속화하는 도구가 되었다. 유전체 서열화 및 조립화 기초 생물학적 지식 발전 과정은 다음과 같다. 참조 게놈으로 알려진 한 종의 개개인이라도 게놈 서열에 접근하는 것은 유전자와 유전자에 대한 기초지식을 발전시켰고, 그 결과 표식기 지원 선택을 위한 DNA 표지의 식별을 용이하게 했다. 예를 들어, 감자는 번식이 어려운 주요 작물이다. 감자는 안데스 산맥의 적도 지방에 원산지로서, 단일에 따라 결핵의 발달이 좌우된다. 그러나 여름이 긴 지역(유럽, 북미 포함)에서 고수익 감자를 유발한 주요 특성은 긴 날의 결핵 개발이었다. 유전자 지도를 통해 결핵 개시를 제어하는 5번 염색체에 대한 주요 정량적 특성 위치인 성숙도 위치를 밝혀냈다. 감자 게놈 서열에 대한 접근은 결핵 개시를 제어하는 유전자의 알레르성 변종 식별을 허용했는데, 이는 결핵화, 순환시계, 결핵화 신호 사이의 명확한 연결을 제공할 뿐만 아니라 특정 지리적 레지오에 적응한 품종을 식별하기 위해 MAS에 사용할 분자표시를 제공했다.
다양한 유전체 기술을 사용하여 MAS와 같은 기술을 통해 개선된 작물 품종을 배양하는 데 사용할 수 있는 모든 종에 대한 대규모 유전적 다양성 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어 게놈 염기서열 분석 및 재시퀀싱(게놈 전체 또는 일부가 배열된 경우)과 단일 뉴클레오티드 다형성 분석(수억에서 수백만 개의 개별 로키가 알레르기의 다양성에 대해 분석되는 경우)은 많은 작물에서 일상적으로 사용되는 게놈법이다. 질량 분광법, 프라이머 확장법 또는 다형성 검사를 위해 축소표시를 사용하는 플랫폼을 포함하여 SNP 로키 검사에 몇 가지 기술적 접근방식을 적용할 수 있다. 기술 플랫폼을 선택할 때 플랜트 사육사가 고려해야 할 주요 고려사항은 마커 밀도, 샘플 처리량, 비용 및 검사할 위치 수입니다. 자르기에 따라 특정 애플리케이션에 대한 사용자 정의 SNP 어레이와 마찬가지로 공개 또는 상업적으로 사용할 수 있는 SNP 플랫폼이 사용된다. 유전자 기술의 지속적인 진보와 처리량 증가와 비용 감소의 결합은 종래의 유전자와 유전공학적인 번식 프로그램이 이제 유전자(그리고 주장)와 표현형 및 농생 형질을 연결하는 데 사용될 수 있는 풍부한 유전적 다양성 데이터에 접근할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어 경작선뿐만 아니라 관련 야생종과 육지경로를 포함한 몇몇 주요 작물에 대한 대규모 게놈 다양성 데이터가 생성되었다. 그 정보는 의 유전적, 분자적 기초에 대한 통찰력을 제공했다.
위원회의 보고서가 작성되고 있을 때, 거의 모든 주요 작물 종에 대한 참조 게놈을 이용할 수 있었다. 참조 게놈 서열의 품질은 기술 및 비용 제한에 따라 상당히 다르다. 간격이 적거나 없는 완전한 게놈 염기서열은 참조 게놈의 '금본 표준'이지만 불완전하게 특징지어지는 게놈도 유용하다. 많은 작물의 경우, 관련 게놈 및 표현형 데이터 집합과 함께 다양성 패널1이 개발되었거나 개발되고 있다. 그러나 대규모 유전정보의 이용가능성은 식물 번식을 위한 만병통치약은 아니다. 단일 개인 또는 유전자형에서 파생된 참조 게놈은 농작물 개선에 필요한 게놈 정보의 완전한 표현을 제공하지 않는다. 그 결과, 게놈 다양성을 적절히 포착하기 위해서는 각 종에 대한 여러 개의 참조 게놈들이 필요하다. 데이터에 대한 접근 부족, 계산 도구 부족, 유전체학에 대한 분석적 전문지식 부족 등 다양한 이유로 인해 일부 연구자들은 게놈 데이터를 완전히 활용하지 않는다. 그러나, 유전체 기술이 향상되어 어떤 개별 식물의 게놈의 염기서열화 및 분석이 가능해지고, 사육자들이 관련 유전체 및 생물정보기술의 사용에 더 많은 전문지식을 습득하고, 유전자형 처리방법과 비용효율성이 향상됨에 따라, 그러한 제한은 극복될 것이며, 이것은 ma로 표현될 것이다. 효율적인 사육의 제한 따라서 병렬 데이터셋을 제공하고 효율성을 높이며 사육과 관련된 비용을 절감할 수 있는 고투과 현장 기반 표현 기술이 개발될 가능성이 높다. 21세기의 전통적인 유전자 변형 식물 재배 접근법은 식물 게놈에 대한 지식 증가, 농형성질의 유전적 기반, 유전자형 세균에 대한 유전적 기술에 의해 가능해졌다. 향후 수십 년 동안 게놈 기술 및 알고리즘과 소프트웨어 개발의 지속적인 개선은 식물 번식의 효율성을 더욱 향상시킬 것이다. 다양성 판넬은 작물을 대표하는 세균의 집합체다. 판넬에는 작물의 유전적 다양성을 집단적으로 나타내거나 작물의 표현형질을 개선하는 데 사용할 수 있는 작물과 관련된 경작물, 육지, 야생종이 포함된다.