cannabis 유전학 및 육종을 명확하게 설명

목차

• 왜 cannabis 유전학은 육종가의 마케팅보다 더 복잡한가
• cannabis의 유전적 구조
• 멘델 유전법칙이 실제로 적용되는 경우
• 표현형 대 유전체형: 왜 pheno hunting이 필요한가
• 육종 세대의 정확한 설명: P1, F1, F2, BX, S1, 그리고 IBL
• 이종우성, 근친열화, 안정화의 한계
• landrace 유전학, 클론 전용 엘리트, 그리고 polyhybrid 시대의 도래
• 수지, 트리코움, 테르펜 발현을 위한 육종
• Autoflower 유전학과 ruderalis 유입
• 종자 생산, 페미나이즈드, 그리고 모식물 유지
• 마커보조 육종, 게놈 도구, 그리고 cannabis 개선의 다음 단계

왜 cannabis 유전학은 육종가의 마케팅보다 더 복잡한가

Cannabis 육종은 진짜 유전학이다. 그 점은 논쟁의 여지가 없다. Cannabis는 2n=20 염색체를 가진 이배체 종이며, 유전체는 의미 있는 품질로 조립되었다. van Bakel 등(2011)이 보고한 약 786 Mb 초안 서열에서부터 Laverty 등(2019)이 발표한 약 876 Mb의 CBDRx 기준서열까지, 성(性), 화학형(chemotype), 개화에 영향을 미치는 주요 좌위들이 매핑되었다. 문제는 cannabis에 유전적 구조가 없다는 것이 아니다. 문제는 상업적 cannabis가 그 구조에 대해 증거가 지지하는 것보다 훨씬 더 확실하게 말하는 경우가 많다는 점이다.

소매업자 언어는 이름을 마치 정밀한 생물학적 실체인 것처럼 취급한다. 실제로는 그렇지 않은 경우가 많다. 명명된 “strain(품종)”은 클론, 종자 집단, 관련 선발의 계통, 또는 시간이 지나며 뜻이 흐려진 단순 라벨을 가리킬 수 있다. 이들은 유전적으로 매우 다른 것들이다. 동일한 이름이 서로 다른 유전체형에 붙어 있다면, 재배되기도 전에 예측 가능한 향, 형태, 또는 효과에 대한 주장은 흔들리게 된다.

이 불일치에 대한 가장 직접적인 증거는 Vergara와 동료들이 발표한 2021년 PLOS ONE 연구에서 나온다. 그들은 30개의 strain 이름을 대표하는 122개의 샘플을 분석했고 동일한 이름으로 팔리는 샘플들 사이에서 빈번한 유전적 불일치를 발견했다. 30개 이름 중 오직 4개만이 주성분 좌표 분석에서 모든 샘플이 함께 클러스터링되었다. 이것은 사소한 서류상의 문제가 아니다. 시장은 정체성을 고정된 것처럼 제시하지만 실제 정체성은 종종 투명하거나 혼합되어 있거나 단순히 잘못된 경우가 많다는 의미이다.

명명된 strain이 안정된 품종(stable cultivar)과 다른 이유

원예학적 의미의 안정된 품종은 알려진 한계 내에서 정의된 특성 집합을 재현하는 것으로 기대된다. 이는 보통 다듬어진 계통, 유지된 클론, 또는 문서화된 선발과 예측 가능한 분리(segregation)를 가진 집단을 의미한다. 명명된 cannabis strain은 종종 이 기준에 못 미친다.

때로는 이름이 클론 전용의 유전체형을 가리킬 때가 있다. 그 경우 이름은 실제로 보존된 게놈을 추적할 수 있지만, 그것이 영양생식으로 유지되고 모조품과 혼동되지 않는 경우에 한한다. 때로는 이름이 종자 원주(seed stock)를 가리킨다. 그러면 질문은 부모들은 얼마나 근친화되었는지, 이형접합성(heterozygosity)이 얼마나 남아 있는지, 그리고 재배자가 자손에서 얼마나 많은 변이를 기대해야 하는지로 바뀐다. 하나의 이름으로 팔리는 많은 종자 묶음은 균일한 계통이 아니다. 이들은 분리하는(segregating) 집단이다.

이 구분은 중요하다. 종자 자손은 유전자가 강하게 고정되지 않는 한 유명한 모식물을 재현하지 못한다. cannabis에서 “안정된 strain”은 보통 확률적 주장이다. 즉, 한 계통이 충분히 선발되어 많은 자손이 목표 프로파일을 닮는다는 의미다. 모든 종자가 유전적으로 동일하거나 심지어 거의 동일하다는 의미는 아니다.

이것이 클론 전용 라인이 지속되는 한 이유다. 클론이 마법처럼 더 좋기 때문이 아니라, 영양생식은 종자 재생산이 바꿔놓을 특정 유전체형을 보존하기 때문이다. 클론이 제품이다. 그 클론의 종자 버전에 붙는 이름은 헌사, 대략적인 근사치, 또는 마케팅의 다리일 수 있다. 그것은 동일한 생물학적 실체가 아니다.

고전적 육종 용어가 정확하게 사용되는 곳과 그렇지 않은 곳

어떤 육종가 어휘는 유전에 깔끔하게 대응된다. 백크로스(backcrossing)는 실제로 존재한다. 자가수정(selfing)은 실제로 존재한다. F2 집단에서의 분리는 실제로 존재한다. Cannabis는 이러한 측면에서 통상적인 이배체 유전법칙을 따르며, de Meijer와 Hammond의 cannabinoid chemotype에 대한 작업은 여전히 모범적 사례로 남아 있다: THCA와 CBDA 합성효소 활동에 영향을 미치는 주요 좌위의 대립유전자 차이로 THC-대비 CBD-우세 표현을 설명할 수 있다. Grassa 등(2021, Nature Plants)은 cannabinoid synthase 좌위 주변의 유전체 구조와 선발이 산업용 및 약물형 cannabis를 어떻게 형성했는지를 보여 이 그림을 정교하게 만들었다. 이것은 진정한 식물 육종이지 신비주의가 아니다.

그러나 용어는 또한 과장되기도 한다. “F1”이 가장 큰 문제다. 고전적 작물 육종에서 F1 하이브리드는 일반적으로 두 개의 고도로 근친화된(parental inbred) 계통 간의 첫 세대 교배를 의미하며, 강한 균일성과 종종 이종우성(heterosis)을 제공한다. Cannabis에서는 많은 광고된 F1이 단지 두 이형접합 부모 사이의 첫 교배일 뿐이다. 기술적으로는 F1 세대이지만, 옥수수 육종의 교과서적 F1 하이브리드와는 다르다. 결과물은 활력적일 수 있지만 균일하다는 보장은 없다.

“IBL”도 마찬가지로 느슨하게 사용되는 경우가 많다. 진정한 인브리드 라인은 반복된 자가수정 또는 형제교배와 그에 따른 세대별 선발과 도태를 필요로 하고, 그럼에도 성능이 라벨보다 더 중요하다. Cannabis 문화에서 “IBL”은 실제로 거의 동형접합에 가깝다기보다는 “한동안 작업했다”는 의미인 경우가 있다. “BX”에도 같은 문제가 있다. 백크로스는 실제 육종 수단이지만, 라벨의 “BX”는 실제로 몇 개의 좌위가 복구되었는지, 각 세대에서 무엇을 선발했는지, 또는 얼마나 많은 숨은 변이가 남았는지 알려주지 않는다.

글의 핵심 구분: 멘델형 형질, 양적 형질, 그리고 시장 민속학

Cannabis 유전학을 생각하는 가장 깔끔한 방법은 세 가지 층을 구분하는 것이다.

첫째, 비교적 단순한 유전을 보이는 형질들이 있다. 성(sex) 관련 마커, 일부 화학형 결과, 그리고 소수의 가시적 형질이 여기에 해당한다. 마커보조선발은 이미 성 예측, cannabinoid synthase와 연관된 화학형 예측, 일부 개화 형질에 대해 합리적으로 잘 작동한다. 이 부분에서 cannabis는 표준 육종 시스템처럼 행동한다.

둘째, 양적 형질들이 있다. 수량, 마디 간격, 가지 구조, 트리코움 밀도, terpene 프로파일, 병원체 반응, 수확 후 수지 표현 등은 단일 유전자의 산책 수준이 아니다. 이들은 많은 좌위와 환경의 영향을 받는다. Booth, Jin 및 관련 대사유전체-게놈 연구는 terpene 형질의 유전력이 있음을 보여주지만, 발현은 여전히 광량, 영양, 스트레스, 수확 시점, 건조 조건에 따라 달라진다. “더 많은 트리코움”은 전체 효능 모델이 아니다. 선낭 형태와 수지 화학도 중요하다.

셋째, 유전학을 가장한 민속학(folklore)이 있다. “Indica”와 “sativa”가 명백한 예다. Small, Hillig, McPartland 등은 수년간 이 라벨들이 역사적으로 얽힌 형태학적·문화적 범주일 뿐이며 유전이나 효과를 예측하는 신뢰할 만한 유전체적 구획이 아님을 보여주었다. autoflower가 단순히 “ruderalis이고 약하다”거나 polyploid cannabis가 자동으로 우수하다는 주장도 마찬가지로 증거에 잘 부합하지 않는다.

따라서 정정은 간단하지만 사소하지 않다: cannabis 육종 아래에는 진짜 유전학이 존재하지만, 대부분의 소매 strain 언어는 유전적 예측 가능성을 과장한다. 과학은 민속학보다 강하고 라벨에 대해서는 덜 우호적이다.

cannabis의 유전적 구조

Cannabis를 종종의 strain 민속 대신 통상적인 유전 시스템으로 다루면 육종이 더 이해가 쉽다. 많은 육종가 용어는 표준 유전에 대응된다. 일부는 그렇지 않다. Cannabis에는 염색체, 분리하는 대립유전자, 재조합, 측정 가능한 형질 변이 등이 있다. 이는 성 결정과 주요 화학형 차이와 같은 일부 형질에 대해 고전적 육종 논리가 잘 작동한다는 의미다. 반면 수량, 식물 구조, 수지 생산량, terpene 프로파일과 같은 형질은 여러 좌위와 환경에 의해 형성되므로 덜 깔끔하게 작동한다.

이 구분은 중요하다. 교배에서 예측할 수 있는 형질인지, 집단 수준에서만 추정할 수 있는 형질인지의 차이다.

이배체 종으로서의 Cannabis: 염색체, 재조합, 성염색체

Cannabis는 일반적으로 2n=20 염색체를 가진 이배체 종이다. 평이하게 말하면, 부모로부터 각각 한 세트씩 총 10쌍의 염색체를 가진다. 그 단일 사실이 표준 멘델적 아이디어가 잘 적용되는 이유를 설명한다. 감수분열 동안 짝지어진 염색체는 재조합을 일으키고 이후 생식세포로 분리된다. 따라서 자손은 부모 어느 쪽의 정확한 복사본이라기보다 부모 대립유전자의 재조합된 조합을 상속한다. 단, 식물이 영양생식으로 보존되지 않는 한 그렇다.

Divashuk 등으로 요약된 세포유전학 연구와 van Bakel et al.(2011), Laverty et al.(2019)과 같은 유전체 연구는 cannabis를 민속 영역에서 정상 작물 유전학으로 옮겨놓는 데 기여했다. van Bakel 초안 조립은 약 786 Mb의 서열을 회수했다. Laverty의 CBDRx 기준서는 약 876 Mb였다. 정확한 조립 크기는 방법과 유전체형에 따라 다르지만 편집상의 요점은 간단하다: cannabis는 유전학적으로 다룰 수 있는 대상이다. 식물 육종의 수수께끼 같은 예외가 아니다.

대부분의 cannabis 식물은 이가화성(dioecious)으로, 수꽃과 암꽃이 보통 별개의 개체에 달린다. 성 결정은 일반적으로 암컷 XX, 수컷 XY다. 이는 육종가에게 이 종에서 가장 깔끔한 멘델 시스템 중 하나를 제공한다. 진정한 수컷이 X 또는 Y를 담은 꽃가루를 제공하고 암컷이 X 난자를 제공하면, 보통 조건에서는 암수 비율이 약 1:1로 예측된다.

복잡한 요소는 존재하지만 마법은 아니다. Cannabis는 또한 성 가변성(sex lability)을 보인다: 스트레스, 호르몬, 유전체형이 꽃 표시에 영향을 줄 수 있다. 그래서 여성 식물을 silver thiosulfate 또는 colloidal silver 처리로 꽃가루를 생산하도록 유도할 수 있고, 페미나이즈드 종자 생산이 가능하다. 기본적인 염색체 시스템은 여전히 중요하다. 그것이 기준선을 설정하고 생리학이 꽃 발달 수준에서 표현을 일부 덮어쓸 수 있다.

재조합은 성염색체만큼 중요하다. 각 세대는 연관된 대립유전자를 재섞어 일부 부모 조합을 분해하고 일부를 보존한다. 이것이 두 매력적인 부모로부터 나온 종자 묶음이 여전히 넓은 변이를 생산할 수 있는 이유다. 또한 이것이 백크로스, 자가수정, 계통 육성으로 원하는 대립유전자를 점진적으로 집중시킬 수 있는 이유다. Cannabis는 이러한 방법에 반응한다. 왜냐하면 다른 이배체 작물과 같은 유전 규칙을 따르기 때문이다. 이 종은 유전적으로 단순하지 않지만, 유전적으로 판독 가능하다.

Cannabis에서 거의 멘델식 형질의 가장 좋은 예 중 하나는 화학형(chemotype)이다. de Meijer와 Hammond는 THC-대비 CBD-우세 유전을 THCA와 CBDA 합성효소 활동에 영향을 미치는 주요 좌위를 중심으로 모델링할 수 있음을 보여주었다. 이후의 유전체 작업, 특히 Grassa et al.(Nature Plants, 2021)은 cannabinoid synthase 좌위 주변의 유전체 구조와 선발이 헴프와 약용형 cannabis를 어떻게 강하게 구조화했는지 명확히 했다. 이것은 소매의 “indica”와 “sativa”라는 단어보다 훨씬 강력한 예측자다.

집단 구조: hemp, drug-type cannabis, landrace, 그리고 길들여진 잡종

Cannabis는 인간 선택에 의해 강하게 구조화된 한 종이지만 집단들이 뚜렷하게 구분된다. 사람들이 처음으로 눈치채는 넓은 분열은 hemp와 drug-type cannabis 사이다. Hemp는 보통 섬유, 종자, 또는 낮은-THC 규정 준수를 위해 선발되어 왔다. Drug-type 집단은 풍부한 선낭 트리코움과 높은 cannabinoid 산출, 특히 THCA를 위해 선발되어 왔다. 이 분열은 집단유전학적 관점에서 실재하지만 절대적이지는 않다. 이들 그룹 사이에는 반복적인 유전자 흐름이 있었다.

오래된 소매 분류법은 많은 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 약하다. “Indica”, “sativa”, “hybrid”는 신뢰할 수 있는 유전체적 구획이 아니다. Ernest Small, Karl Hillig, John McPartland 등은 이러한 라벨들이 형태학, 지리, 사용 역사, 마케팅 약어를 혼합한 것임을 수년간 보여주었다. 이들은 느슨한 기술어일 뿐, 안정된 육종 범주는 아니다. 여기에서 유전을 예측할 수 없다.

Landrace(지역원산 집단)도 널리 오해되고 있다. Landrace는 고대부터 변함없이 보존된 신비한 순수 계통이 아니다. 그것은 지역 적응된 집단으로, 반복된 농민 선발, 어느 정도의 고립, 유전적 표류, 환경 압력에 의해 형성된다. 즉, landrace는 종종 내부적으로 상당한 다양성을 포함한다. 육종 관점에서 보면, landrace는 지역 특이적 적응성, 특이한 화학형, 병 저항성, 또는 현대 병목에서 지워지지 않은 개화 반응을 운반할 수 있기 때문에 가치가 있다. 그것들이 유전적으로 고정되어 있기 때문에 가치가 있는 것은 아니다.

현대 cannabis는 반복적인 지역 집단, 야생 물질, 그리고 엘리트 선발 식물 간의 교차에서 조립된 길들여진 잡종이 지배한다. 이것은 유용한 조합을 생성했지만 많은 명명 혼란도 초래했다. Vergara와 동료들이 2021년 PLOS ONE에서 제시한 122개 샘플에 대한 연구는 이 문제의 규모를 보여주었다. 많은 동일 이름 샘플들이 유전적으로 일관성이 없었고 30개 이름 중 단 4개만이 모든 샘플이 함께 클러스터링되었다. 이는 strain 이름을 유전체형으로 취급하지 말라는 직접적인 경고다.

이러한 불일치는 클론 전용 라인이 존재하는 이유 중 하나다. 클론 전용 품종은 보통 종자 자손이 원본과 동일한 대립유전자 조합을 재현하지 못하기 때문에 영양생식으로 보존된 단일 선택된 유전체형이다. 이것이 곧바로 클론 전용 재료가 본질적으로 우수하다는 것을 의미하지는 않는다. 그것은 그 유전체형이 특정하다는 의미다. 반대로 종자 라인은 집단이다. 신중히 선발하더라도 보통 범위를 드러낸다.

따라서 cannabis의 집단 구조는 깊은 역사와 매우 최근의 인간 선택 모두를 반영한다. 유럽 수지의 평균 THC 함량이 2021년에 약 23%에 이른 것은(약 10년 전 EMCDDA가 보고한 수준의 거의 두 배) 지속적인 방향성 선택의 눈에 띄는 집단유전학적 결과다.

유전체형, 표현형, 환경, 그리고 G×E 상호작용

유전체형(genotype)은 식물이 가진 대립유전자 집합이다. 표현형(phenotype)은 관찰 가능한 결과: 높이, 잎 모양, 개화 시간, cannabinoid 비율, terpene 프로파일, 트리코움 밀도, 병 반응 등이다. 둘은 관련이 있지만 동일하지 않다.

식물은 형질에 대한 강한 유전적 잠재력을 가졌음에도 불구하고 열악한 조건에서는 그것을 보이지 않을 수 있다. 반대도 성립한다. 좋은 환경은 평균 유전체형을 인상적으로 보이게 할 수 있다. 이것이 숙련된 육종가들이 한 방에서 한 가지 형질만 보고 결론을 내리지 않는 이유다.

환경은 모든 단계에서 작용한다: 광 강도, 광주기, 뿌리 영역 조건, 영양, 증발산압차, 병원체 부하, 수확 타이밍, 수확 후 처리 등이 모두 발현에 영향을 준다. 테르펜은 좋은 예다. 유전성은 존재하고 Booth, Jin 등 연구들은 통제된 조건에서 의미 있는 유전적 통제가 있음을 지지하지만, 테르펜 발현은 여전히 환경 및 경화와 함께 크게 이동할 수 있다. 트리코움 풍부성도 유사하게 행동한다. 더 많은 시각적 수지는 gland head 밀도, gland 크기, synthase 발현, 성숙 타이밍 등도 중요하기 때문에 자동으로 더 강한 cannabinoid 산출을 의미하지는 않는다.

여기서 G×E 상호작용이 들어온다. Genotype-by-environment 상호작용은 서로 다른 유전체형들이 동일한 환경에 다르게 반응한다는 의미다. 한 계통은 방들 간에도 그 구조를 유지할 수 있다. 다른 계통은 한 조명 체계에서는 극적으로 늘어나고 다른 체계에서는 컴팩트하게 유지될 수 있다. 한 시설에서 안정적인 terpene 프로파일이 다른 시설에서는 평탄해질 수 있다. 육종가에게 이것은 기술적 주석이 아니다. 이것이 선발이 복제되어야 하는 이유이며 “안정적”이라는 것이 보통 유전적으로 균일하다는 의미가 아니라 한계 내에서 예측 가능한 변동성을 의미하는 이유다.

이 틀은 유전력과 선발에 관한 이후 질문들을 설정한다. 어떤 형질이 강하게 유전적이고 환경에 덜 민감하면 조기 선발이 효율적일 수 있다. 그것이 다유전자적이고 G×E가 크면, 육종가는 더 큰 집단, 반복된 실험, 그리고 더 많은 인내가 필요하다. Cannabis에는 두 종류의 형질이 모두 존재한다. 그 두 범주가 혼동되지 않을 때 육종은 더 쉬워진다.

멘델 유전법칙이 실제로 적용되는 경우

Cannabis 육종은 빠르게 복잡해지지만, 모두가 복잡한 것은 아니다. 일부 형질은 실제로 고전적 멘델 기대에 충분히 잘 들어맞아 실무에서 유용하다. Cannabis는 일반적으로 2n=20 염색체를 가진 이배체이므로 분리, 재조합, 우성, 동형접합성 등은 완두콩에서 가져온 이국적 개념이 아니다; 이곳에서도 정상적인 유전 규칙이다. 실수는 그 규칙들이 육종가가 관심을 가지는 모든 것을 설명한다고 생각하는 것이다. 그렇지 않다.

멘델 유전은 한 좌위에 의해 주로 구동되거나 강한 가시적 효과를 가진 주요 좌위 하나에 의해 좌우되는 형질에서 cannabis에 가장 잘 작동한다. 그래서 chemotype 예측과 일부 성 관련 마커가 매우 중요해진 것이다. 반대로 식물 구조, 수지 수율, terpene 균형, 그리고 “bag appeal”은 보통 다수의 유전자와 환경에 의해 형성된다. 한 계통은 한 좌위에서는 정확히 기대한 대로 분리되지만, 방 전체에서는 여전히 크게 달라질 수 있다.

원리로서의 우성 및 열성 형질

Cannabis에서 우성에 대해 생각하는 깔끔한 방법은 “강한 유전자가 약한 유전자를 이긴다”가 아니다. 이는 이형접합자(heterozygote)에서 어떤 표현형이 나타나는가에 관한 문제다. 만약 어떤 개체가 한 좌위에서 두 개의 서로 다른 대립유전자를 가지고 있고, 한 대립유전자가 관찰되는 형질에서 다른 것을 가린다면 그것이 우성이다. 두 복사본이 동일하면 그 좌위에서 동형접합(homozygous)이다. 다르면 이형접합이다.

이것은 추상적으로 들리지만 육종 집단에서는 달라진다. 한 좌위에서 두 이형접합 식물을 교배하면, 자손은 평균적으로 1:2:1의 유전형 비율로 예상된다: A 동형접합 1, A/a 이형접합 2, a 동형접합 1. 만약 A가 a에 대해 우성이라면 표현형은 종종 3:1의 비율로 축약된다. “예상”이 여기서 중요하다. 실제 종자 묶음은 유한하며 cannabis 육종가는 종종 작은 수로 작업한다. 10개의 종자 팩은 유전법칙의 법칙이 아니다. 그저 표본일 뿐이다.

이것이 인터넷 육종 대화가 종종 벗어나는 지점이다. 사람들은 가시적 형질이 한 세대나 두세대 반복되어 나타나는 것을 보고 그것을 “우성”이라고 부르는데, 실제로 그 형질은 다유전자적이거나 다른 좌위에 연관되어 있거나 단순히 강하게 선발되어 도태된 결과일 수 있다. 잎 모양은 고전적 함정이다. 자주색 색소, 스트레치, 트리코움 피복도 마찬가지다. 일부 가시적 형질은 특정 교배에서 단순 유전을 보일 수 있지만, 그것이 모든 유전자원에서 보편적인 단일 유전자 형질이라는 뜻은 아니다.

실용적 구분은 이렇다: 멘델형 형질은 부모 유전형이 알려져 있다면 반복 교배에 걸쳐 안정적인 확률을 준다. 다유전자적 형질은 분포를 제공한다. 전자는 범주를 예측하게 해준다. 후자는 평균을 이동시킨다.

화학형 유전: 가장 깔끔한 주요 사례

고전적 유전이 cannabis에서 진정으로 유효함을 보여주는 대표 사례를 원한다면, cannabinoid chemotype을 사용하라. E. P. M. de Meijer와 동료들의 기초 작업은 THC-우세, CBD-우세, 그리고 혼합 THC/CBD 식물들이 THCA 대비 CBDA 합성효소 활성에 영향을 미치는 주요 좌위의 대립유전자 변이에 의해 종종 모델링될 수 있음을 보여주었다. 이 틀은 종에서 가장 명확한 거의-멘델식 예시로 남아 있다.

단순화된 모델은 직관적이다. 한 부모는 THCA-우세 산출과 연관된 대립유전자를 가지고 있고, 다른 부모는 CBDA-우세 산출과 연관된 대립유전자를 가진다. THCA 관련 형질에 대해 동형접합인 식물은 THC-우세 화학형을 보이는 경향이 있다. CBDA 관련 형질에 대해 동형접합인 식물은 CBD-우세 화학형을 보이는 경향이 있다. 이형접합자는 종종 두 전구체 경로가 상당히 모두 표현된 혼합 프로파일을 생산한다. 육종가의 줄임말로, 이것이 THС형과 CBD형을 교배하면 “절반은 THC, 절반은 CBD”가 아니라 많은 중간 화학형을 낳을 수 있는 이유다.

이것은 더 이상 단지 오래된 생화학적 추론만이 아니다. 유전체 연구가 이 그림을 선명하게 했다. van Bakel et al.(2011)은 약 786 Mb의 초기 초안 유전체 조립을 생산했고 Laverty et al.(2019)은 약 876 Mb의 CBDRx 기준서를 개선했다. 이후 Grassa et al.(Nature Plants, 2021)은 cannabinoid synthase 주변의 유전체 구조를 명확히 하고 이러한 좌위 주변에서 선발이 어떻게 작용했는지를 보여주었다. 더 큰 요점은 THC/CBD 유전이 “indica”와 “sativa” 같은 민간 라벨보다 실제 유전체 구조에 더 잘 맞는다는 것이다.

Punnett 스타일의 예시는 예측 도구로 읽어야 한다. 만약 한 부모가 THCA형으로 동형접합이고 다른 부모가 CBDA형으로 동형접합이면, F1 세대는 그 주요 좌위에서 대체로 이형접합이 되어 혼합 화학형으로 기울어질 것으로 예상된다. 그 F1을 교배하면 F2는 그 좌위에서 대략 1 THC-우세 : 2 혼합 : 1 CBD-우세로 분리될 것이다. 모든 종자가 그 구분에 깔끔하게 들어맞지는 않을 것이다. 배경 유전학과 발현이 중요하지만, 이 패턴은 충분히 실재해서 현대 육종가들은 공간을 낭비하기 전에 치아에 대해 초기 검사를 한다.

이 마지막 점은 중요하다. Chemotype은 표현형 기반 선발에서 마커보조 예측으로 옮긴 가장 강력한 형질 중 하나다. 육종가들은 모든 식물을 개화시켜 전체 분석 화학 검사를 하고 나서 부모 유전형을 추론할 필요가 없다. 그들은 초기 단계에서 선별하여 원하는 synthase 조합을 보존하고 나머지를 버릴 수 있다. 명명된 품종이 종종 유전적으로 일관성이 없을 때, 이것은 정확성 측면에서 큰 개선이다. Vergara와 동료들은 2021년 PLOS ONE 연구에서 122개 샘플을 분석해 같은 이름으로 팔리는 샘플들이 유전적으로 일관성이 없는 경우가 많음을 보여주었다; 30개 중 4개만이 모든 샘플이 함께 클러스터링되었다. 그런 조건에서 chemotype 마커는 브랜드 언어보다 훨씬 신뢰할 수 있다.

성 연관 마커와 단순 형질 육종

성(sex)은 고전적 유전이 부분적으로 성립하고 마커 기술이 훨씬 유용하게 만든 또 다른 영역이다. Cannabis는 보통 이가화성으로 수꽃과 암꽃이 다른 개체에 달리고, 성 결정은 XY형 염색체 행동과 관련된다. 실무적 육종에서는 이것이 의미하는 바는 수컷과 암컷의 분리가 친숙한 패턴을 따른다는 것이다, 간헐적 중성화 표현(intersex)이 표현형을 복잡하게 만들더라도.

유전적 성(genetic sex)과 성 표현(sexual expression)의 구분은 사소하지 않다. 어떤 식물은 수컷 관련 마커를 가지고 있어 예측 가능하게 수술화 꽃을 낸다. 다른 식물은 유전적으로 암컷이지만 스트레스나 라인 내 취약성 때문에 중성화 꽃을 만들 수 있다. 멘델 유전은 첫 번째 문제에 도움을 준다. 두 번째 문제를 완전히 해결하지는 못한다.

마커 기반 성 예측은 cannabis에서 가장 유용한 “단순 형질” 도구 중 하나가 되었다. Zhang 등과 다른 매핑 그룹의 연구들은 개화 전에 묘목을 검사하여 유전적으로 수컷 또는 암컷을 예측할 수 있는 성 연관 마커를 확인했다. 보통 종자 집단에서 이는 시간과 공간을 절약한다. 육종 집단에서는 필요한 수컷만 보존하고 나머지는 초기에 버릴 수 있게 한다. 이것은 화려한 유전학이 아니다. 단지 효율적일 뿐이다.

같은 논리는 주요 효과 좌위에 강하게 연관된 검증된 마커가 있는 어떤 형질에도 적용된다. 마커가 신뢰할 수 있게 되면 육종가는 더 이상 모든 결정을 늦은 꽃기에 눈으로 내릴 필요가 없다. Cannabis 육종은 천천히 그러나 분명히 표현형 전용의 추측에서 성, chemotype 및 몇몇 개화 및 저항성 형질에 대한 마커보조선발로 이동하고 있다. 중요한 모든 것이 멘델식은 아니다. 그러나 주요 좌위가 존재하는 곳에서는 그것을 무시하는 것이 잘못된 육종이다.

표현형 대 유전체형: 왜 pheno hunting이 필요한가

유전체형(genotype)은 상속된 DNA 서열이다. 표현형(phenotype)은 주어진 환경에서 그 유전체형이 되는 것이다. Cannabis에서는 그 구분이 학문적이지 않다. 그것은 한 종자 묶음이 어떻게 뛰어난 키퍼(keeper)를, 몇몇 양호한 형제(형제 식물)를, 그리고 몇몇 실망을 만들 수 있는지를 설명한다. 이는 육종가가 알려진 부모와 함께 능숙하게 교배했어도 발생한다.

Cannabis는 유전적으로 다룰 수 있다. 그것은 이배체이며 2n=20 염색체를 가지고, 현대 유전체 연구는 민속 육종을 훨씬 넘어섰다: van Bakel 등은 2011년에 약 786 Mb의 초안 조립을 발표했고 Laverty 등은 2019년에 약 876 Mb의 CBDRx 기준서를 개선했다. 그러나 유전체적 처리 가능성이 시각적 예측 가능성을 의미하지는 않는다. 식물의 terpene 산출, 수지 모양, 마디 간격, 스트레스 내성, 완성 시간 등은 유전과 조건에 의해 형성된다. 이것이 pheno hunting의 존재 이유다. 신비가 아니라 불확실성 하의 선발이다.

동일 종자 묶음에서 형제들이 다른 이유

종자 형제(siblings)는 클론이 아니다. 그들은 부모를 공유하지만 동일한 유전체를 공유하지는 않는다. 계통이 고도로 근친화되어 있지 않거나 반복적으로 자가수정되지 않았거나 다른 방식으로 많은 좌위에서 고정되지 않았다면, 감수분열은 세대마다 대립유전자를 재섞는다. 재조합된 염색체, 분리, 우성, 열성, 다유전자적 유전 모두가 형제들 사이의 변이를 만들어낸다. 이것은 정상적인 식물 육종이지 교배가 “잘못되었다”는 신호가 아니다.

일부 cannabis 형질은 비교적 깔끔하게 매핑된다. 클래식한 예는 chemotype이다. de Meijer와 Hammond는 THC-대비 CBD-우세 유전이 THCA 및 CBDA synthase 발현에 영향을 미치는 주요 대립유전자 변이에 의해 모델링될 수 있음을 보여주었다. 이것은 육종가에게 거의 멘델식 닻(anchor)을 준다. 그러나 재배자가 키퍼 모식물에서 가장 신경 쓰는 대부분의 형질은 그렇지 않다. 수량은 다유전자적이다. 가지 구조는 다유전자적이다. 트리코움 밀도는 다유전자적이다. 많은 terpene 프로파일도 주요 효소가 큰 영향을 미칠 수 있더라도 다유전자적이다.

따라서 이른바 “안정된 strain”은 엄밀한 의미의 유전적 균일성이 아닌 경우가 많다. 좁은 선발 목표에 대해서는 안정적일 수 있고, 대부분의 자손이 허용 가능한 범위 내에 들어오는 정도로 충분히 안정적일 수 있다. 그것은 약속이 아니라 확률적 주장이다. Cannabis 마케팅은 종종 F1과 IBL 같은 용어를 형식 육종에서 빌려와 느슨하게 적용한다. 두 동형접합 부모로 만든 진정한 F1은 보통 매우 균일하다. 많은 cannabis “F1”은 이형접합 부모들 사이의 단지 첫 세대 교배일 뿐이다. 그것들은 옥수수나 토마토 교과서적 F1보다 더 많이 분리한다.

문제는 명명 문화로 인해 악화된다. Vergara와 동료들은 2021년 PLOS ONE에서 122개 샘플을 분석한 연구에서 같은 이름으로 팔리는 많은 샘플이 유전적으로 불일치함을 발견했다; 30개 이름 중 오직 4개만이 모든 샘플이 함께 클러스터링되었다. 따라서 strain 이름은 종종 선발 역사나 시장 계통의 기록이지 단일 재현 가능한 유전체형의 증거가 아니다. 클론 전용 절단(클론)은 가장 명확한 경우다: 클론 전용은 종자 자손이 그들을 정확히 재현하지 못하기 때문에 영양생식으로 보존된다.

Pheno hunting은 여기서 직접적으로 나온다. 종자 묶음이 분리한다면, 육종가나 재배자는 집단을 분류하고 유전자형-환경 조합 중 보존할 가치가 있는 것을 식별해야 한다.

환경 조건이 terpene, trichome, 형태 발현을 재형성하는 방법

유전자가 범위를 설정한 후에도 환경은 식물이 그 범위 내 어디에 착지하는지를 결정한다. 표현형은 특정 환경에서 발현된 유전체형이다. 환경을 바꾸면 동일한 유전체형도 다르게 보이고, 냄새나 성숙 시기도 달라진다.

광 강도는 중요하다. 더 높은 광자속은 생체량을 증가시키고 종종 이차대사물질 산출을 변화시키지만, “더 많은 빛=더 나은 수지 품질”이라는 보편적 규칙은 없다. 광 강도를 너무 높이고 온도, 영양, 뿌리 기능을 맞추지 않으면 식물은 스트레스 반응으로 이동하여 꽃 품질을 저하시킬 수 있다. 마디 간격, 잎 각도, 안토시아닌 발현, 포영(bract) 밀도 등이 광 조건에 따라 달라진다.

뿌리 부피는 많은 취미 토론에서 인정하는 것보다 더 중요하다. 제한된 뿌리 영역은 전반적인 활력 감소, 식물 단축, 물 관계 변화, 그리고 영양적 확장과 생식 발달 간의 균형 변화를 초래할 수 있다. 동일한 유전형의 두 클론이 서로 다른 용기 부피에서 개화하면 동일한 구조나 수지 부하를 보이지 않을 수 있다.

온도는 terpene 발현과 보존에 강한 영향을 준다. 따뜻한 완성 환경은 휘발성 프로파일을 바꾸고 monoterpene의 증발 손실을 증가시킬 수 있다. 서늘한 밤은 일부 유전체형에서 색소를 강화할 수 있지만, 색은 효능을 의미하지 않는다. 온도에 의해 유도된 자주색 표현은 단독으로 cannabinoid 농도나 바람직한 향에 대해 거의 말해주지 않는다.

병원체 부하는 표현형을 변화시킨다. 잠복성 viroid 감염, 뿌리병, 만성적 흰가루병 압력 등이 있는 식물은 유전자를 깨끗하게 표현하지 못한다. 형태가 수축하거나 정체될 수 있고, 수지는 감소할 수 있으며, 테르펜 표현은 병적 스트레스 아래에서 평탄해지거나 왜곡될 수 있다. 이것이 바로 엘리트 클론 성능이 오랜 기간 모 식물실에서 관리가 잘못될 경우 저하되는 이유다: 문제는 단순히 유전학이 아니라 누적된 건강 부담이다.

수확 타이밍도 주요 변수다. 트리코움 외관은 화학의 불완전한 대용지표이지만, 타이밍은 중요하다. 왜냐하면 cannabinoid와 terpene은 성숙의 마지막 몇 주 동안 이동하기 때문이다. 이른 시점에 수확하면 더 밝은 monoterpene을 보이고 세스퀴테르펜 깊이가 덜 발달할 수 있다; 늦게 수확하면 더 무거운 노트, 더 산화된 특성, 그리고 다른 cannabinoid 비율을 보일 수 있다. 식물은 유전체형을 바꾸지 않았다. 채취된 표현형이 바뀌었을 뿐이다.

경화(cure)는 다시 그것을 바꾼다. 건조 온도, 건조 속도, 산소 노출, 저장 조건은 측정 가능한 향기를 변화시킨다. 그래서 실무에서 “terpene 프로파일”은 순수한 현장 특성만이 아니다. Booth, Jin 및 관련 대사유전체 연구들은 제어된 조건에서 terpene 발현에 유전적 요소가 있음을 지지하지만, 수확 후 처리는 그 유전적 신호를 심하게 흐리게 만들 수 있다. 시각적 수지도 마찬가지다. “더 많은 트리코움”은 gland head 크기, 큐티클 무결성, 성숙도, 유지된 휘발성 물질이 환경과 수확 후 방법에 따라 다르면 지나치게 단순화된 표현이다.

Pheno hunting: 민속이 아닌 적용된 선발

Pheno hunting은 종종 낭만적 언어로 묘사되어 마치 마법을 찾는 직관적 탐색인 것처럼 보인다. 더 나은 설명은 단순하다: 그것은 변이 집단에서 실제 환경 변동 하의 적용된 선발이다.

육종가는 부모들이 유용한 대립유전자를 포함하고 있기 때문에 교배를 시작한다. 씨앗을 재배하는 이유는 재조합이 부모 어느 쪽에서도 전체적으로 존재하지 않는 조합을 만들기 때문이다. 집단은 여러 가치 있는 형질이 다유전자적이며 계보 라벨만으로는 추론할 수 없기 때문에 평가된다. 그런 다음 선발자는 구조, chemotype, 향기, 병 행동, 완성 시간, 수확 후 품질을 결합한 드문 개체를 보존한다.

이 과정은 복제로 수행될 때 더 신뢰할 수 있다. 가장 강력한 pheno hunt는 한 번의 개화 주기에서 선발하지 않는다. 후보를 보존하고, 클론으로 다시 시험하고, 방이나 시즌을 달리해 성능을 비교한다. 그리하여 진정으로 강한 유전체형과 배치 상 유리한 환경, 낮은 병원체 압력, 또는 운 좋은 수확 창구에서 혜택을 본 식물을 구분한다.

이것이 또한 키퍼 모식물이 한눈에 “승자”와 같지 않은 이유다. 진짜 질문은 반복 가능성이다. 식물이 클론으로 자신의 특성을 재현할 수 있는가? 다른 온도에서 terpene 표현을 유지하는가? 뿌리 부피가 바뀔 때 수지가 강하게 남는가? 일반적 병압에서 깨끗함을 유지하는가? 이러한 질문을 무시한 선발은 육종이 아니다. 희망적 사고다.

현대의 마커보조 육종은 이러한 불확실성을 일부 줄일 것이다. 마커는 이미 성 예측, 화학형 예측, 일부 개화 관련 형질에서 도움이 된다. 그러나 현재 어떤 마커 패널도 수지 품질, terpene 균형, 캐노피 구조, 전반적 생산 행동과 같은 복합 목표를 위한 전체 표현형 평가를 대체하지 못한다. Cannabis에서는 분리가 실재하고 환경이 강력하며 사람들이 가장 신경 쓰는 형질이 드물게 단일 유전자로 제어되기 때문에 pheno hunting은 여전히 필요하다.

육종 세대의 정확한 설명: P1, F1, F2, BX, S1, 그리고 IBL

Cannabis 육종 용어는 정밀하게 들린다. 때로는 그렇다. 때로는 “우리가 어떤 식물을 교배해서 마음에 드는 것을 골랐다”는 축약형이다. 이 둘은 같지 않다.

유전 자체는 신비롭지 않다. Cannabis는 일반적으로 2n=20 염색체를 가지므로 대부분의 교배에서 표준 분리 논리가 적용된다. 문제를 복잡하게 만드는 것은 옥수수, 토마토, 관상용 육종에서 빌려온 육종가 언어가 종종 전혀 근친잡종화되어 있지 않거나, 안정적이지 않거나 심지어 신뢰할 수 있게 식별되지 않은 부모들에게 적용되는 경우다. 그 격차는 중요하다. 부모가 유전적으로 느슨하다면 세대 라벨만으로는 균일성에 대해 많은 것을 말해주지 못한다.

가장 단순한 수준에서, P1은 교배를 만들 때 사용된 부모 세대를 의미한다. F1은 그 교배에서 나온 첫째 자손 세대다. F2는 F1 개체들을 상호교배하거나 자가수정해서 나온다. F3+는 그 과정을 계속한다. BX1은 선택된 부모로 한 번 백크로스한 것이고, BX2는 두 번 한 것이다. S1은 한 번 자가수정한 것이다. IBL은 인브리드 라인을 의미하지만, cannabis에서는 이 용어가 기술적 한계를 지나치게 늘려 사용되는 경우가 많다.

부모 계통, 진정한 F1 하이브리드, 그리고 왜 많은 cannabis F1이 교과서적 F1이 아닌가

진정한 F1 하이브리드는 단지 “첫 교배”가 아니다. 작물 유전학에서 이 구절은 보통 두 상대적으로 동형접합된 부모 계통이 교배되어 종자 하나하나가 유전적으로 일관된 자손을 만든다는 것을 의미한다. 그 균일성이 핵심이다. 각 부모가 많은 좌위에서 고정되어 있을 때, 모든 F1 씨앗은 동일한 조합을 받는다. 균일한 높이, 유사한 개화 창, 유사한 형태. 종종 이종우성도 있다.

이것이 옥수수에서 F1이 작동하는 방식이다. 많은 cannabis “F1” 출시가 실제로 그렇게 만들어지지는 않는다.

Cannabis에서 P1 부모들은 종종 엘리트 클론, 선택된 모식물, 또는 여전히 높은 이형접합성을 가진 종자로부터 선발된 선택체들이다. 두 이형접합 부모를 교배하면 문자 그대로 F1이 맞지만, 교과서적 F1 하이브리드는 아니다. 부모 자체가 고정되어 있지 않기 때문에 자손이 크게 달라질 수 있다. AaBbCc × DdEeFf 교배는 세대상으로는 첫 세대지만 AABBCC × ddeeff 교배와 동일하지 않다.

그 차이는 자주 흐려진다.

왜 중요한가? 재배자가 “F1”을 듣고 좁은 균일성을 기대하기 때문이다. 부모가 인브리드되어 있지 않다면 그 기대는 잘못된 것이다. 묘목은 여전히 terpene 프로파일, 가지, 스트레치, 개화 시간, 수지 형질에서 광범위한 분리를 보일 수 있다. 이것이 cannabis 계통 설명이 실제 종자 묶음의 행동보다 더 결정론적으로 들리는 이유 중 하나다.

사회적 이유도 있다. 클론 전용 문화는 몇 년 동안 뛰어난 유전체형을 영양생식으로 보존했고, 많은 유명한 명명된 품종은 종자로 안정화된 적이 없다. 부모 자체가 단일 예외적인 개체일 수 있다. 두 유명 클론을 교배하는 것은 흥미로운 자손을 만들 수 있지만, 그것이 그 클론들을 안정된 부모 인브리드로 변환시키지는 않는다.

유전체학 문헌은 라벨 신뢰성에 대한 회의를 뒷받침한다. Vergara와 동료들은 2021년 PLOS ONE 연구에서 122개 샘플을 분석해 동일 이름 내에 널리 퍼진 유전적 불일치를 발견했다; 30개 이름 중 오직 4개만이 깔끔하게 클러스터링되었다. 많은 명명된 입력의 정체가 이미 불확실하다면 세대 라벨만으로 정밀성을 복구할 수 없다.

F2 분리와 숨은 열성의 재등장

F2는 교배가 숨기고 있던 것을 육종가가 처음으로 보기 시작하는 세대다.

참된 F1이 모든 식물이 동일한 좌위에서 이형접합이어서 유전적으로 균일하다면, F2는 분리와 재조합을 통해 그 포장을 해체한다. 멘델식 열성이 재등장한다. 다유전자 형질 조합이 다시 재배치된다. 희귀하지만 유용한 재조합체가 처음으로 나타난다.

이것이 심각한 선발이 자주 F2에서 시작되는 이유다. F1이 중요하지 않아서가 아니라, F1은 교배의 평균적인 조합 성능을 보여주는 반면, F2는 작업할 수 있는 기본 변이를 드러낸다.

간단한 단일 유전자 예를 들면, 두 F1 부모가 모두 Aa라면 F2는 평균적으로 1 AA : 2 Aa : 1 aa로 분리된다. “a”가 열성이라면 F2의 1/4이 그 형질을 표현할 수 있다. Cannabis에는 이러한 논리가 합당하게 들어맞는 형질이 존재한다. 가장 명확한 거의-멘델식 예는 화학형 유전이다. de Meijer와 Hammond는 THC-대비 CBD-우세 화학형이 THCA와 CBDA synthase 발현에 영향을 미치는 주요 좌위의 대립유전자 변이로 주로 모델링될 수 있음을 보였다. 실제 집단은 synthase 주변의 연관 구조적 변이 때문에 더 복잡할 수 있지만, 넓은 교훈은 남는다: 일부 cannabis 형질은 고전적 유전과 닮은 방식으로 분리된다.

대부분의 육종 관련 형질은 그렇게 깔끔하지 않다. 수량, 가지 각도, 마디 간격, 트리코움 밀도, terpene 프로파일은 다유전자적이고 환경에 강하게 좌우된다. 그럼에도 불구하고 F2 집단은 재조합이 넓은 표현형 범위를 만들어 선발이 유리한 곳이다. 그곳에서 선발 압이 F1에서 단지 좋아 보였던 식물과 실제로 유용한 대립유전자 조합을 가진 식물을 분리한다.

F3 이후 세대는 그 과정을 계속한다. 선택된 F2 개체를 상호교배하거나 자가수정하면 육종가는 선택된 형질 주위의 분포를 좁히기 시작할 수 있다. 그러나 어떤 세대 번호도 자동으로 안정성을 만들어내지는 않는다. 선발 강도, 집단 크기, 형질 구조가 라벨보다 더 중요하다.

형질 회복과 고정화를 위한 백크로스

백크로싱은 잡종을 가져와 그것을 선택된 부모 또는 유전적으로 동일한 반복 부모(recurrent parent)와 다시 교배하는 것을 의미한다. 표기법은 간단하다: F1 × Parent A는 BX1 to A를 의미한다. 선택된 BX1 개체를 다시 A에 백크로스하면 BX2가 되고, 그 다음은 BX3 등이다.

일반적인 목표는 형질 회복(trait recovery)이다. 육종가는 특정 terpene 혼합, cannabinoid 비율, 식물 형태, 또는 개화 행동과 같은 가치 있는 프로파일을 가진 부모를 가지고 있지만 다른 소스로부터 한 가지 형질을 도입하고자 한다. 기증자는 목표 형질을 제공하고 반복 부모는 대부분의 유전체를 제공한다. 반복적인 백크로스는 자손을 반복 부모에 가깝게 이동시키면서 기증자 대립유전자를 유지하려고 시도한다.

이론은 그렇다. 실무는 덜 깔끔하다.

백크로스는 주요 효과 형질에 대해, 그리고 적절한 선발 도구가 있을 때 잘 작동한다. 모호한 복합 목표, 예를 들어 “어머니처럼 만들되 더 강하고 더 시끄럽게 만들라” 같은 경우에는 훨씬 덜 깔끔하다. 원하는 형질이 다유전자적이거나 원치 않는 좌위와 밀접하게 연관되어 있거나 스코어링하기 어렵다면 반복 백크로스는 인근의 문제를 함께 끌어올 수 있다. 이것이 평이한 언어로 linkage drag다: 목표를 회복하지만 그 주변의 짐도 함께 회수한다.

형질 고정(trait fixation)도 과도하게 사용되는 표현이다. 여러 번 백크로스했다고 해서 BX 라인이 고정된 것은 아니다. 목표 형질이 우성이면, 열성 보유자는 계속 숨어있을 수 있다. 라인이 표현형으로만 선발되면 관찰되지 않은 좌위는 여전히 분리한다. 마커보조선발은 이 부분을 개선할 수 있다. Cannabis에서는 성 예측, 개화 형질, 화학형 주변에서 마커 사용이 현실적이며, 유전체 자원이 초기에 van Bakel et al.(2011)의 약 786 Mb 초안 조립에서 Laverty et al.(2019)의 약 876 Mb CBDRx 조립으로 개선됨에 따라 가능해졌다. 그러나 복잡한 품종의 완전한 유전체 제어는 여전히 일상적이지 않다.

자가수정과 S1 페미나이즈드 종자: 무엇을 보존하고 무엇을 드러내는가

자가수정(selfing)은 자신의 꽃가루로 식물에 가루받이를 하는 것을 의미한다. Cannabis에서는 암컷은 보통 꽃가루를 만들지 않기 때문에, 육종가는 여성 식물에 남성 꽃을 유도하여 그 꽃가루로 동일 식물이나 유전적으로 동일한 클론을 수정한다. 그 결과 종자가 S1이다.

사람들은 종종 S1 종자가 “어머니의 복사”를 만든다고 말한다. 그것은 절반만 사실이다.

S1은 어머니의 유전체의 큰 부분을 보존하고, 특히 그녀가 많은 좌위에서 이미 동형접합이라면 그 표현형을 중심으로 한 자손을 만들 수 있다. 그러나 자가수정은 식물을 복제하지 않는다. 그것은 그녀의 이형접합 좌위를 동형접합 조합으로 재배열한다. 평균적으로 자가수정은 한 세대 만에 동형접합성을 급격히 증가시킨다. 이것은 어머니가 보유하고 있던 열성 형질을 드러낼 수 있다.

따라서 S1 종자는 보존 도구이자 진단 도구다. 그것은 어머니가 실제로 무엇을 보유하고 있는지를 테스트하는 데 도움이 된다. 만약 자가된 자손이 중성화 경향, 약한 구조, 이상한 잎 모양, 나쁜 뿌리 발달, 또는 화학형 불안정을 나타내면, 그 결함들은 자가수정으로 인해 갑자기 생겨난 것이 아니다. 자가수정이 그것들을 드러냈을 뿐이다.

이것이 S1 작업이 페미나이즈드 종자 생산 외부에서도 가치가 있는 이유다. 그것은 육종가에게 값비싼 클론이 유전적으로 깨끗한지 아니면 단지 하나의 훌륭한 표현형을 가진 개체인지 알려준다. Cannabis에서는 많은 유명한 클론 전용 식물들이 이유가 있어서 클론 전용으로 남아 있다: 그들의 종자 자손은 충분한 일관성으로 그들을 재현하지 못한다.

인브리드 라인과 균일성 및 활력의 차이

IBL(inbred line)은 반복적인 근친 교배와 선발을 통해 유전적으로 일관된 라인을 만든다는 의미여야 한다. 고전적 육종에서는 이것이 자주 여러 세대의 자가수정 또는 형제교배를 의미하며, 유전체 전반에서 상당한 동형접합성이 이루어진다.

Cannabis에서 진정한 IBL은 상대적 의미로 존재한다, 절대적 의미로는 아니다.

F2에서 F5, F6, F7 이상까지 반복적인 자가수정이나 근친육종을 통해 예측 가능성이 훨씬 높은 라인을 만들 수 있다. 균일성은 향상된다. 왜냐하면 대립유전자 변이가 줄어들기 때문이다. 그러나 완전한 동형접합성은 드물고, 라인 유지가 어렵고, 선발은 근친열화(inbreeding depression)를 드러낼 수 있다. Cannabis 육종가들은 흔히 라인을 “IBL”이라고 부르지만, 그 라인은 강하게 작업되어 비교적 균일한 것이 더 정확한 설명일 수 있다.

이것은 사소한 말장난처럼 들릴 수 있다. 그렇지 않다. 균일성과 활력은 다른 개념이다.

동형접합성이 증가함에 따라 식물은 더 일관성 있게 될 수 있지만 전반적 활력은 떨어질 수 있다. 이 균형은 기본적인 집단유전학이다. 인브리드 라인은 좁고 안정적일 수 있지만 최적의 하이브리드 활력을 갖춘 것은 아닐 수 있다. 그리고 서로 다른 인브리드 라인을 교배하면 그 결과 F1은 이종우성을 통해 활력을 회복할 수 있다. 그것이 진정한 F1 시스템이 강력한 이유 중 하나다. 그들은 라인 구축 단계와 하이브리드 생산 단계를 분리한다.

Cannabis 육종은 많은 프로그램이 클론 엘리트, 작은 집단 크기, 복잡한 polyhybrid 조상에 의존하기 때문에 그 정도의 깔끔한 구조에 도달하는 경우가 드물다. 그렇더라도 논리는 여전히 적용된다. 합리적으로 진실을 재현하는 라인이 반드시 최대 활력으로 작동하는 것은 아니고, 매우 활력적인 하이브리드는 자동으로 종자로부터 안정적인 것은 아니다.

세대 라벨은 그 뒤에 있는 육종 방법이 알려져 있을 때에만 도움이 된다. 그 맥락이 없으면 P1, F1, BX2, S1, IBL은 거짓 용어가 아니다. 그들은 단지 불완전한 용어일 뿐이다.

이종우성, 근친열화, 안정화의 한계

Cannabis 육종은 마치 모든 명명된 교배가 교과서적 논리를 따르는 것처럼 논의되는 경우가 많다. 식물 자체는 그렇지 않다. Cannabis는 이배체(2n=20)이므로 주요 좌위에 대해 멘델 분리는 여전히 통상적으로 적용되지만, 재배자들이 가장 신경 쓰는 많은 형질—활력, 수량, 가지 구조, 수지 산출, terpene 균형, 스트레스 내성—은 양적이며 환경에 민감하다. 이것이 이종우성(heterosis)과 근친열화(inbreeding depression)를 이해해야 하는 배경이다. 둘 다 실재하지만 과장하기 쉽다.

Cannabis에서 이종우성이 어떻게 보이는가

이종우성 또는 하이브리드 활력은 서로 다른 부모 계통의 자손이 일부 형질에서 부모를 능가하는 경향이다. Cannabis에서는 초기 생장 속도, 굵은 줄기, 더 균일한 캐노피 형성, 강한 뿌리 내림, 더 높은 생체량, 더 나은 스트레스 내성 또는 향상된 꽃 형성으로 나타날 수 있다. 때로는 교배가 단순히 “더 행복해 보인다.”라고 표현되기도 한다. 시작부터 더 강하게 성장한다.

이것은 신비한 하이브리드 마법이 아니다. 그것은 집단유전학적 효과다. 차별화된 두 라인을 교배하면 열성 유해 대립유전자가 이형접합에서 가려질 수 있고, 유리한 대립유전자 조합이 상호작용하여 성능을 개선할 수 있다. 옥수수에서는 이것이 공식 육종 시스템이다. Cannabis에서는 실무에서 자주 관찰되지만 부모가 거의 인브리드가 아닌 경우가 많아 용어 사용이 느슨하다.

그 차이는 중요하다. 진정한 F1 하이브리드는 엄격한 농업적 의미에서 두 개의 고도로 동형접합된 부모 계통에서 나온다. 결과는 비교적 균일한 종자와 예측 가능한 이종우성 반응이다. Cannabis에서는 많은 “F1” 종자 묶음이 단지 두 이형접합 부모의 첫 세대 자손이다. 그들은 활력이 있을 수 있지만, 옥수수식 F1과 동일하지 않다. 더 많은 분리와 놀람을 기대하라.

실제 이종우성은 병행 시험에서 식별할 수 있다: 교배는 부모 어느 쪽보다 빠르게 자리잡고, 약해 보이지 않으면서 더 큰 프레임으로 늘어나고, 동일한 조건에서 더 많은 총 꽃 질량을 유지한다. 그러나 활력은 형질 특이적이다. 한 하이브리드가 생산성이 더 높고 향이 덜 강할 수 있다. 또는 더 빨리 뿌리를 내리고 덜 균일하게 마무리할 수 있다. “더 활력적이다”가 “모든 면에서 더 좋다”를 의미하지는 않는다.

육종가들은 지난 20년 동안 cannabinoid 산출을 강하게 선발해왔다. 유럽의 수지 평균 THC 함량이 2021년에 약 23%에 이른 것은(2010년대 초보다 거의 두 배) 지속적인 방향성 선발의 결과다. 이런 종류의 선택은 좁고 강하게 작업된 집단을 만들 수 있고, 전략적 외부교배가 잃어버린 활력을 회복시키는 사례를 만들었다. 육종가들은 이를 경험한 후에야 적절히 기술하는 경우가 많다. 지친 라인은 아웃크로스를 당하고 자손은 더 강하게 성장한다.

언제 근친육종이 도움이 되고 언제 성능을 손상시키는가

근친육종은 자동으로 나쁜 것이 아니다. 그것은 도구다. 반복적인 자가수정, 형제교배 또는 기타 근친육종은 동형접합성을 증가시켜 유전이 더 예측 가능하게 만들고 열성 대립유전자를 드러낸다. 이는 화학형을 고정하거나 식물 형태의 변이를 줄이거나 특정 특성을 재현하는 라인을 만드는 데 유용하다.

Cannabis는 이것이 효과를 발휘하는 몇 가지 명확한 예를 제공한다. THC-우세 및 CBD-우세 식물 간의 주요 화학형 구분은 de Meijer와 Hammond가 설명한 바 있으며, Grassa 등(2021, Nature Plants)이 synthase 좌위 주변의 구조적 변이를 명확히 하면서 나아갔다. 이런 경우에는 해당 좌위에서 분리를 좁히면 원하는 화학 범주로의 육종이 더 신뢰할 수 있다. 마커보조선발은 여기에 도움을 준다.

비용은 근친육종이 너무 멀리, 너무 빨리, 또는 약한 재료를 통해 이루어질 때 나타난다. 근친열화는 동형접합성 증가로 인해 유해 열성 변이가 드러나고 이형접합 우위가 감소하면서 발생하는 성능 저하다. Cannabis에서는 그 결과가 약한 묘목, 불량한 뿌리 발달, 낮은 생식력, 작은 식물, 낮은 수확량, 기형적 형태, 스트레스에서의 중성화 표출, 또는 전반적인 탄력성 상실로 나타날 수 있다. 라인은 넓고 적응력 있는 집단처럼 행동하기보다는 취약하게 행동한다.

자가수정은 고전적 함정이다. S1 종자는 클론 집합이 아니다. 그것은 보통 여성의 역전으로 만들어진 자가수정 세대다. Cannabis 육종가들은 종종 자가수를 사용하여 선호하는 어머니를 보존하려 할 때, 사람들은 S1을 마치 그 어머니의 거의 복제물처럼 말한다. 그렇지 않다. 그것들은 그녀의 유전체의 많은 부분을 보유하지만, 또한 그녀가 숨기고 있던 열성들을 드러낸다. 때로는 이것이 유용한 숨은 형질을 드러내기도 한다. 때로는 그것이 클론을 통해 보존된 이유를 그대로 보여준다.

이를 이해하는 육종가는 근친육종을 제어된 노출로 다룬다. 라인을 조여 평가를 강화하고 도태를 엄격하게 하며 활력이 무너지면 아웃크로스한다. 이해하지 못하는 육종가는 모든 자가수정 또는 백크로스된 라인을 “작업했다(worked)”고 부르고 감소하는 식물 품질을 무시한다.

육종가가 말하는 “안정화”의 의미와 보통 의미하지 않는 것

Cannabis에서 “안정화(stabilized)”는 엄밀한 의미의 유전적 균일성을 가리키는 경우가 드물다. 보통 더 완곡한 의미다: 그 라인은 허용 가능한 범위 내에서 식물을 생산하는 경향이 있다. 유사한 높이. 유사한 개화 창. 유사한 화학형. 유사한 넓은 향기 계열. 그것은 방향성 일관성이지 동일성이 아니다.

이것이 종자 설명을 번역해야 하는 이유다. 육종가가 라인이 안정화되었다고 말하면 어떤 형질이 안정화되었는지를 물어보라. 개화 시간인가? 식물 프레임인가? THC:CBD 비율인가? 한 라인은 화학형에 대해서는 안정적이지만 terpene 프로파일에 대해서는 불안정할 수 있다. 형태에 대해서는 안정적이지만 수지 밀도에 대해서는 심하게 분리될 수 있다. 다유전자 형질은 몇 세대의 선발로 그냥 단번에 균일해지지 않는다.

Cannabis에서 “F1”, “IBL”, “안정화”의 남용은 단지 언어 문제에 그치지 않는다. 이는 재배자가 종자로 기대해야 할 것을 바꾼다. 토마토나 옥수수에서 인브리드 라인은 반복 통제된 근친육종과 선발을 통해 높은 동형접합성을 이루었다는 것을 의미한다. Cannabis에서 “IBL”은 “몇 세대 동안 이 가족을 육종했고 우리는 그것이 잘 작동한다고 생각한다” 정도일 수 있다. 때로는 그럼에도 유용한 일관성을 만든다. 그러나 균일성을 보장하지는 않는다.

Cannabis의 더 넓은 정체성 문제는 이것을 악화시킨다. 2021년 PLOS ONE 연구는 122개 샘플을 대상으로 30개 strain 이름을 분석하여 많은 동일 이름 샘플이 유전적으로 불일치하다는 것을 발견했고, 30개 이름 중 단 4개만이 완전히 일관된 클러스터를 형성했다. 따라서 육종가가 품종이 “안정적”이라고 주장할 때, 그 주장은 처음부터 불확실한 출처 자료 위에 놓여 있을 수 있다.

실용적 규칙은 간단하다. 안정된 종자는 절대적인 것이 아니라 확률적이어야 한다. 올바른 질문은 “모든 종자가 일치할까?”가 아니라 “예상되는 변동 범위는 얼마나 넓고 어떤 형질에 대해 그런가?”이다. 진지한 육종은 그 차이에서 살아간다.

landrace 유전학, 클론 전용 엘리트, 그리고 polyhybrid 시대의 도래

Cannabis 유전학은 세 가지 매우 다른 것을 구분하면 더 잘 이해된다: 지역적 선발로 형성된 오래된 지역 집단(landrace), 클론으로 보존된 개별 엘리트 유전체형, 그리고 조상을 여러 세대로 쌓아올려 출처를 요약하기 어려운 넓고 얽힌 현대 육종 풀에서 만들어진 잡종들. 많은 혼란은 이 세 가지를 동일한 유전 객체인 것처럼 취급하는 데서 나온다. 이들은 동일하지 않다.

landrace 집단이 무엇이며 왜 중요한가

Landrace는 단순히 “유명한 곳에서 온 오래된 씨앗”이 아니다. 집단유전학적 의미에서 landrace cannabis는 지리, 농민의 반복적 선발, 어느 정도의 고립, 그리고 반복적 노출에 의해 형성된 지역 적응 집단을 의미한다. 이들은 단일 고정 유전체형이 아니다. 그 구분은 중요하다.

Ernest Small, Karl Hillig, John McPartland 등은 landrace를 신비적 순수성과 동일시하는 느슨한 등식에 반대하는 데 수년을 보냈다. 진정한 landrace 집단은 변이할 수 있으면서도 일관성을 유지할 수 있다. 그러한 집단의 식물들은 높이, 개화 시간, 복엽 모양, terpene 산출 등에서 다를 수 있지만, 선택이 한 생태적 환경에서 수세대에 걸쳐 작동했기 때문에 인식할 수 있는 적응 패턴을 공유한다. 아프가니스탄의 고지대 약용형 집단은 역사적으로 남아시아 일부와 적도 지역과 관련된 좁은 잎 약용형 집단과 유전적으로 동일하지 않지만, 그런 집단들의 가치는 낭만적 기원 이야기보다는 그들이 운반하는 형질에 있다: 개화 반응, 병 내성, 구조, 수지 화학, 특정 위도에 대한 적응 등.

이것이 오래된 “indica”와 “sativa” 언어가 잘못되는 지점이다. 역사적으로 그 단어들은 형태학적·분류학적 용도로 어느 정도 쓰였다. 그러나 현대 소매어에서는 조상 예측에 거의 쓸모가 없으며 유전 예측에는 더욱 부적절하다. 유전체 시대는 이를 무시하기 어렵게 만들었다. Grassa et al.(Nature Plants, 2021)은 사람들이 종종 고대 식물 유형으로 묘사하는 구분들이 사실은 cannabinoid synthase 주변의 선택과 현대 육종 역사에 의해 강하게 형성된다는 것을 보여주었다. 교배가 화학형, 개화 시간, 식물 형태의 분리를 초래할지 예측하려면 “indica”는 거의 아무 것도 말해주지 않는다.

Landrace는 여전히 다양성의 앵커로 중요하다. 현대 육종은 같은 좁은 엘리트 약용형 자료를 반복해서 채굴하는 경향이 있어 병목 위험을 일으킨다. 지역 집단은 주류 육종 풀에서 희귀한 대립유전자를 제공할 수 있다: 특이한 테르펜, 더 넓은 병 저항성, 독특한 성숙 타이밍, 스트레스 적응 등. 또한 현대 상업 라인에 모든 바람직한 형질이 이미 존재한다고 가정하는 가장 큰 오류들 중 하나를 육종가들이 피하도록 돕는다. 그렇지 않다.

동시에 landrace를 이상화해서 무조건 안정적이라고 생각해서는 안 된다. 대부분은 인브리드 라인이 아니다. Cannabis는 이배체이며, 인위적 개입(예: 다배체화)을 하지 않는 한 통상적인 이배체 방식으로 분리한다. 따라서 landrace 종자 묶음은 의도적으로 다양성을 포함한다. 그것이 가치의 일부이지만, landrace는 정확하게 반복되는 제품이 아니다.

클론 전용 품종이 존재하는 이유

클론 전용 cannabis가 존재하는 이유는 많은 유명 식물들이 이형접합 집단에서 뽑힌 예외적 개인이기 때문이다. 일단 선발되면 그들은 유전형이 영양생식으로 보존되지 않는 한 종자에서 정확히 재현되지 않는다.

간단한 유전적 설명이다. 신비도 아니고 우수성의 증거도 아니다.

육종가나 재배자가 큰 종자 집단을 발아시켜 드문 형질 조합을 가진 식물을 찾고 그 정확한 유전체형을 절단으로 유지한다. 이는 엘리트 이형접합자가 그들의 종자 형제 평균보다 더 우수한 경우 흔하다. Cannabis에서는 많은 귀중한 식물이 진정으로 고정된 종자 계통이 아니라 단일 예외 식물에서 나왔다. 그 식물의 종자나 관련 재료는 동일한 형질 패키지의 파편을 운반할 수 있지만 원래 조합을 재생성하지는 못한다.

이것이 클론 전용 이름이 지하 문화와 이후 합법 시대 육종에서 영향력을 얻은 이유다. 클론은 실제로 사람들이 원하는 하나의 유전체형을 보존한다. 소스 인구가 더 이형접합일수록 클론의 가치는 커진다. 정확한 반복성이 중요하다면, 클로닝은 종자보다 우월하다.

명명 체계의 불안정성이 이 경향을 가속화했다. Vergara와 동료들의 PLOS ONE(2021) 보고서에 따르면 122개 샘플 중 30개 strain 이름에 걸쳐 많은 동일 이름 샘플이 유전적으로 불일치했으며, 오직 4개만이 모든 샘플이 하나의 클러스터를 형성했다. 이는 strain 이름이 안정된 유전체형을 보장한다고 믿는 사람들에게는 치명적 결과다. 반면 클론 전용 컷은 적어도 하나의 보존된 식물을 의미할 수 있다, 이름이 다른 곳에서 복제되거나 오용되더라도.

클론 전용 상태는 육종 가치에 대해 자동적으로 아무 것도 말해주지 않는다. 어떤 클론 전용 엘리트는 그 바람직한 표현형이 교배에서 분해되는 드문 다좌위 조합에 의존하기 때문에 부모로서 형편없을 수 있다. 다른 클론은 주요 형질을 잘 전달한다. 요점은 영양생식 보존이 분리로 인해 생긴 실용적 문제를 해결한다는 것이다. 그것은 한 선택된 게놈을 고정시킨다.

현대의 polyhybrid가 지리적 범주를 희석시키면서 형질 조합을 확장한 방법

육종가들이 지역 약용형, 선발된 하이브리드, 엘리트 클론 전용 컷을 반복적으로 교차하기 시작하자, 오래된 지리적 범주들은 붕괴되기 시작했다. 그 자리를 대체한 것은 polyhybrid 시대다: 하나의 품종이 Afghan broad-leaf 주기, 열대의 narrow-leaf 주기, Skunk 파생 자료, Haze 계열, 화학형 선택 부모, 그리고 수세대 전에도 혼합된 클론 전용 컷 등 다양한 조상을 가질 수 있는 넓은 혼합 육종풀이다.

이것은 가능성을 빠르게 확장시켰다. 동시에 단순한 계보 주장을 파괴했다.

Polyhybrid는 단순히 “하이브리드”가 아니다. Cannabis 용어로는 보통 하나의 건전한 두 부모 대조가 아니라 여러 조상 분기가 있는 라인을 의미한다. 반복 재조합은 한때 공존하기 어려웠던 형질 복합체를 겹겹이 쌓을 수 있게 했다: 열대성 terpene 프로파일을 가진 짧은 사이클, 더 밝은 휘발성 화학을 가진 촘촘한 꽃 구조, 높은 THCA 표현과 인접한 육종 프로젝트에서 선택된 CBD 대립유전자를 함께 쌓는 것, 또는 광주기 라인을 autoflower 배경으로 교차하고 다시 약용형 구조로 작업하는 것 등. 많은 시장에서 평균 효능의 상승은 그런 선택 압력의 지표다. EMCDDA는 2023년에 유럽 수지의 평균 THC 농도가 2021년에 약 23%에 이르렀다고 보고했는데, 이는 10년 전의 수준의 거의 두 배였다. 그 변화는 우연히 일어나지 않았다; 강도 높은 방향성 육종의 표지다.

그러나 polyhybrid화에는 대가가 있다. 지리적 약칭은 약해진다. 현대의 한 품종이 여러 세대에 걸쳐 여러 조상들의 교차로 재조합되었다면, 그것을 “Afghan”, “equatorial”, “indica”, “sativa”로 부르는 것은 계보의 일부분만을 설명하면서 실제 상속 이야기를 숨기는 경우가 많다. 소매 라벨은 대개 서사를 보존할 뿐, 집단유전학적 지도를 제공하지는 않는다.

여기서 유전체학은 점점 더 명확히 하고 있다. Cannabis는 연구하기에 너무 혼란스러운 것이 아니다. van Bakel 등은 2011년에 약 786 Mb의 초기 초안 조립을 발표했고 Laverty 등은 2019년에 약 876 Mb의 CBDRx 참조를 Genome Biology에 발표했다. 이러한 자원은 cannabis를 순수 민속에서 다룰 수 있는 육종 유전학으로 이동시키는 데 도움을 주었다. 또한 많은 마케팅 범주가 뚜렷한 유전학적 구획에 깨끗하게 대응하지 않는다는 것을 보여주기 쉽게 만들었다.

결과는 현대 cannabis에 대한 더 정직한 그림이다. Landrace는 적응된 집단이다. 클론 전용 엘리트는 보존된 개체다. Polyhybrid는 여러 출처에서 만들어진 재조합 모자이크다. 대부분의 명명된 품종은 이제 주로 세 번째 범주에 속한다. 그들의 계보는 실제이지만 넓고 혼합되어 있으며 확률적이다. 이것이 strain 안정성이 보통 육종가가 집단을 얼마나 엄격히 선발했는지에 관한 주장이지, 모든 종자가 단일 고정된 유전적 정체성을 가진다는 증거가 아니라는 이유다.

수지, 트리코움, 테르펜 발현을 위한 육종

수지와 향을 위한 육종은 cannabis 민속이 가장 자주 유전학을 앞지르는 영역이다. “Frosty”한 식물은 자동으로 화학적으로 강하다고 취급되고, 큰 향기는 고정된 품종 특징인 것처럼 자주 묘사된다. 두 주장 모두 깔끔하게 들어맞지 않는다. 수지 생산, 트리코움 형태, terpene 프로파일, 그리고 최종 향 표현은 모두 유전적 요소를 가지지만, 통상적 육종 집단에서 단일 스위치 형질이 아니다. 이들은 더 복잡한 범주에 속한다: 부분적으로 유전되며, 부분적으로 환경적이며, 수확 및 수확 후 처리에 강하게 좌우된다.

그것은 중요하다. Cannabis는 유전적으로 다룰 수 있다. 이배체이며 2n=20이고 Laverty et al.(2019)이 발표한 CBDRx 조립과 같은 현대 참조는 유전체를 대략 876 Mb로 둔다. van Bakel et al.(2011)의 초기 유전체 작업은 cannabis가 식물 유전학에 대한 수수께끼 같은 예외가 아님을 이미 보여주었다. 육종가는 수지와 향을 위해 선발할 수 있다. 단, 그런 형질이 단순한 우성의 자주색 줄기 마커처럼 행동한다고 가장할 수는 없다.

분비선 트리코움: 구조, 밀도, 그리고 시각적 ‘frost’가 이야기의 일부일 뿐인 이유

육종가들이 가장 신경 쓰는 트리코움은 분비선성(glandular), 특히 capitate-stalked 트리코움이다. 이들은 여성 꽃차례와 인접한 포영에 집중된 더 큰 분비 구조로, 줄기가 지지하는 glandular head에 cannabinoids, terpenes, 기타 대사산물이 축적된다. capitate-sessile 트리코움과 bulbous 트리코움도 존재하지만, 대부분의 약용형 육종 논의에서 같은 생산 무게를 가지지는 않는다.

이 구분은 중요하다. “더 많은 트리코움”은 단일 형질이 아니다. 최소한 세 가지 서로 다른 변수가 혼동되고 있다:

• 밀도: 단위 표면적 당 얼마나 많은 분비선 트리코움이 존재하는가.
• 크기: gland head가 얼마나 커지는가.
• 분비 출력: 각 분비선이 실제로 얼마나 많은 수지와 어떤 화학을 생산하는가.

식물이 시각적으로 두껍게 먼지가 묻은 듯 보여도 gland가 작거나 미성숙하거나 분비 대사물이 적으면 화학적으로는 성과가 낮을 수 있다. 반대도 존재한다: 시각적으로 덜 커버되어 보이지만 capitate-stalked head가 더 크고 고농도의 수지를 로딩하는 유전체형은 더 높은 cannabinoid 또는 terpene 출력을 가질 수 있다. 따라서 시각적 frost는 불완전한 대리 지표다. 현장 선발에서 쓸모가 있을 만큼 상관관계가 있지만, 측정을 대체할 만큼 강력하지는 않다.

bag appeal만으로 선발하는 육종가는 밀도를 과대평가하고 gland 발달을 과소평가하는 경향이 있다. 확대경 아래에서 성숙한 capitate-stalked 트리코움은 수량뿐만 아니라 머리의 팽창, 큐티클 팽창, 줄기 길이, 파열 저항성에서 차이가 난다. 이러한 특징은 추출 동작, 수확 타이밍, 경우에 따라 건조 후 향의 지속성에 영향을 준다. 현미경적으로 트리코움 형태를 기록하는 육종 프로그램이 육안으로 반짝임만으로 선발하는 프로그램보다 보통 더 나은 진전을 이룬다.

여기서 유전학은 양적이다. Booth 등, Jin 등 대사유전체 및 게놈 문헌 전반에서 인용된 연구들은 트리코움 형질이 실무 집단에서는 유전적이지만 다유전자적이라는 생각을 지지한다. 선발은 작동한다. 균일한 고정은 더 어렵다. 환경도 개입한다. 광 강도, 스펙트럼, 온도, 수분 상태, 영양, 병원체 압력이 모두 gland 발달과 분비 활동을 바꿀 수 있다. 발달 타이밍도 영향이 있다. 한 주 빨리 또는 늦게 샘플링하면 유전체형은 변하지 않았어도 “수지 생산”에 대한 인상이 달라질 수 있다.

이것이 육종가가 수지 선발을 일회성 시각 경쟁이 아니라 반복 측정으로 취급해야 하는 이유다. 선을 긋고, gland를 세고, gland head 직경을 점수화하고, 화학을 검사하며, 여러 환경에서 클론을 비교하라. 그보다 덜하면 양적 형질을 신화로 바꾼다.

Terpene 생합성 및 유전력

Terpenes는 무작위의 향기가 아니다. 이들은 정해진 생합성 경로에서 나온다. 주로 엽록체의 MEP 경로와 세포질의 mevalonate 경로가 이소프레노이드 전구체를 생성하며, 이들은 terpene synthase 효소에 의해 사용된다. myrcene, limonene, alpha-pinene 같은 monoterpene은 일반적으로 geranyl diphosphate로부터 만들어진다. beta-caryophyllene, humulene 같은 sesquiterpene은 farnesyl diphosphate에서 유래한다. 어떤 화합물이 축적되는가는 경로 흐름(pathway flux), synthase 유전자 구성, 유전자 발현, 기질 경쟁, gland 성숙도, 그리고 다운스트림 산화 또는 분해에 달려 있다.

육종 관점에서 terpene 프로파일은 전혀 자유로운 형태도 아니고 엄격히 결정론적이지도 않다. 특정 계열은 인식 가능한 방향성으로 유전되는 경향이 있다. beta-caryophyllene과 humulene이 풍부한 라인은 관련된 매운-목질 성향을 유의미한 빈도로 자손에게 던질 수 있다. limonene이 풍부한 감귤 중심 계열도 그러하다. 그러나 자손의 정확한 프로파일은 라인이 열심히 작업되거나 영양생식으로 유지되지 않는 한 클론 수준의 재현성을 거의 가지지 않는다.

개별 terpene 형질에 대한 유전력 추정치는 연구 설계, 집단, 환경에 따라 다르지만, 몇몇 통제 조건 연구들은 적어도 주요 테르펜 몇 가지에 대해 중간에서 높은 유전력을 보고한다. 이는 선발을 정당화하기에 충분하다. 그러나 이형접합성 집단에서 종자로부터 정확한 반복성을 약속하기에는 충분치 않다. Cannabis에서 향기는 광범위 유전력이 유망하게 보일 수 있는 곳에서 현장 수준의 재현성은 G×E 상호작용이 크기 때문에 여전히 불균일하다.

온도 변화는 terpene 축적을 억제하거나 재지향할 수 있다. 광 강도 및 스펙트럼도 중요하다. 영양 스트레스도 중요하다. 수확 날짜는 매우 중요하다. 그리고 수확 후 과정은 자체적으로 손상을 준다. 너무 뜨겁고 너무 느리게 건조하거나 과도한 기류로 건조하면 monoterpene이 빠르게 벗겨질 수 있다. 저장은 테르펜을 산화시켜 다른 감각 결과를 초래할 수 있다. 육종가는 휘발성 풍부한 유전체형을 올바르게 선발했어도 취급이 부실하면 무딘 향기로 끝날 수 있다.

여기서 인터넷에서 말하는 “the terp profile” 설명이 신뢰할 수 없는 이유가 나온다. 종종 그것들은 유전학, 재배 환경, 건조 방법, 경화 기간, 저장 연령을 하나의 주장으로 섞는다. 기본 유전체형은 사실일 수 있다. 최종 냄새는 여전히 일부는 가공 산물이다.

실무적 육종에서의 cannabinoid와 terpene 동시 선발

Cannabinoid 육종은 cannabis에서 유전적 닻(anchor)을 제공하는 더 깔끔한 사례 중 하나다. de Meijer와 Hammond, 그리고 이후의 연구들은 THC-우세 대 CBD-우세 화학형이 THCA와 CBDA 합성효소에 영향을 미치는 주요 좌위의 대립유전자 변이를 중심으로 모델링될 수 있음을 보여주었다. Grassa et al.(Nature Plants, 2021)은 synthase 영역의 구조를 해결하고 이러한 좌위 주변에서 선택이 강하게 작용했음을 보여 이 그림을 선명하게 했다. 이것은 수지량이나 향의 복잡성과 비교하면 거의-멘델식 영역이다.

그러나 육종가가 총 수지 생산, 트리코움 구조, terpene 프로파일, 그리고 목표 cannabinoid 비율을 동시에 선발하려 들면 다시 양적 유전학의 영역으로 돌아간다. 한 식물은 원하는 chemotype 유전체형을 가지고 있지만 향이 약할 수 있다. 다른 식물은 강하게 향기롭지만 꽃 질량당 cannabinoid 수율에서는 실망할 수 있다. 또 다른 식물은 총 cannabinoid가 높게 나오지만 건조 과정에서 많은 테르펜 분획을 잃을 수 있다. 실무 육종은 이러한 부분적으로 독립적인 형질을 쌓아 올리는 예술이다.

보통 워크플로우는 거칠지만 효과적이다: 교배를 만들고, 충분한 수의 개체를 재배하고, 후보를 클론으로 만들고, 화학을 테스트하고, 최고의 선발을 여러 환경에서 재시험한다. 마커보조선발은 가장자리에서 도움이 될 수 있다. synthase 연관 마커로부터의 chemotype 예측은 이미 유용하다. 성 연관 마커와 개화 마커도 유용하다. 테르펜 예측을 위한 마커는 덜 성숙한 분야다. 많은 화합물은 단일 결정적 좌위보다는 다수의 유전자 네트워크와 환경적 조절의 영향을 받기 때문이다.

올바른 육종 질문은 “어떤 부모가 frosty한가?”가 아니다. 그것은 “어떤 부모가 높은 glandular 산출, 목표 terpene 비율, 그리고 실행 가능한 여러 번의 재배에서 허용 가능한 안정성을 전달하는가?”이다. 이들은 다른 질문이다. 첫 번째는 텐트에서 답할 수 있다. 두 번째는 복제된 선발을 필요로 한다. 하나 더 정정이 필요하다. 강한 향과 높은 cannabinoid는 종종 자연스럽게 결합된 것으로 간주된다. 그렇지 않다. 공유된 분비선 생물학은 일부 실용적 중첩을 만들지만 육종가는 여전히 chemotype 강도와 향의 강도 사이의 재조합을 본다. 따라서 공동 선발은 명시적이어야 한다. 둘 다 테스트하고 기록을 보관하며 예쁜데 화학적으로 얕은 식물은 거부하라.

이것이 수지와 테르펜 육종에 대한 현실적 관점이다. 그것은 “frosty=강함”보다 덜 낭만적이지만 형질이 실제로 어떻게 행동하는지에 더 가깝다.

Autoflower 유전학과 ruderalis 유입

Autoflowering은 개화 시기 형질이다. 이는 명백해 보이지만 많은 육종 민속은 “auto”를 고정된 효능, 형태, 또는 품질을 가진 별도의 cannabis 계급인 것처럼 취급한다. 그렇지 않다. 일중성(day-neutral)일 수 있는 식물은 cannabinoid 프로파일, terpene 산출, 마디 간격, 생체량, 수지 형질에 대해 여전히 크게 달라질 수 있다. 이러한 형질들은 부분적으로 별개의 유전적 기초에 놓여 있다. Cannabis에서는(2n=20 염색체) 개화 행동은 다른 유전 형질을 지배하는 동일한 통상적 육종 틀 내에서 분리된다.

광주성 민감성 대 day-neutral 개화

대부분의 약용형 cannabis는 광주성(photoperiod sensitive)이다. 특정 육종의 역치보다 낮은 낮 길이에서 성장기가 지속되고 밤이 길어지면 개화가 유발된다. 이것이 실내 재배자가 모식물을 긴 날 조건에서 무기한 유지하고 짧은 날로 개화를 유도할 수 있는 이유다. 광주성 민감성은 단순한 편의 문제가 아니다. 그것은 육종가가 생장 선택과 생식 시기의 분리를 가능하게 한다.

Day-neutral 식물은 다르게 행동한다. 그것들은 특정 발달 간격 후에 개화하며 임계 야장 길이를 기다리지 않는다. 실무적 의미로, 이는 autoflower가 자체적으로 종자에서부터 약 70–100일 내에 상업적 관행 하에서 완성될 수 있음을 의미한다. 이 짧은 주기가 autos가 육종가에게 중요한 이유 중 하나다: 같은 캘린더 연도에 더 많은 세대를 돌릴 수 있다.

유전은 “ruderalis 유전자” 같은 민속적 단일 라벨로 잘 설명되지 않는다. 최근 매핑 작업은 광주성 불감성(photoperiod insensitivity)을 정의된 유전체 영역과 개화 조절인자들과 연관시키는 결과를 보여주었고, 이는 유전체 자원이 van Bakel et al.(2011)의 786 Mb 초안에서 Laverty et al.(2019)의 약 876 Mb CBDRx 조립으로 확장된 통상적인 작물에서 기대할 수 있는 바이다. 육종가의 약칭은 종종 이것을 단순한 우성 대 열성 이야기로 압축하지만 실제 집단은 드물게 그렇게 깔끔하게 행동한다. Day-neutral 개화는 주요 유전 형질로 작용할 수 있지만 발현 시간, 최종 크기, 그리고 개화를 결정하는 급격성 등은 배경 유전체의 영향을 받는다.

이 구분은 중요하다. “Auto”는 chemotype을 예측하지 않는다. de Meijer와 Hammond의 THC-대비 CBD 유전에 관한 작업은 여기서 별개의 닻이다: cannabinoid synthase 변이와 개화-시간 제어는 다른 문제다. Day-neutral 식물은 부모에 따라 높은 THC, 높은 CBD, 또는 혼합 화학형으로 선택될 수 있다.

현대 autoflower가 어떻게 ruderalis 형질을 도입했는가

현대의 autoflower는 일반적으로 ruderalis 유형의 유전자원을 약용형 광주성 라인에 도입(introgression)함으로써 구축되었다. introgression이 적합한 단어이다. 육종가들은 단 한 번 ruderalis를 고효능 품종에 교배하고 끝낸 것이 아니다. 그들은 교배하고 day-neutral 자손을 선발한 다음 수지 생산, 꽃 밀도, cannabinoid 산출, 그리고 더 나은 식물 구조를 회복하기 위해 반복적으로 약용형 배경으로 다시 교배했다.

역사적으로 이 과정은 거친 재료에서 시작되었다. Ruderalis 유형 식물은 일장에 독립적으로 개화할 수 있는 능력과 짧은 북위의 계절에 대한 적응성 때문에 가치가 있었지, 조밀한 꽃 구조나 높은 cannabinoid 수율 때문에 가치가 있지는 않았다. 초기 autos는 종종 뚜렷한 농업적 약점을 가졌다: 작은 키, 낮은 생체량, 느슨한 꽃 구조, 낮은 수지 산출, 일관되지 않은 terpene 표현. “autos는 약하다”는 오래된 고정관념은 이 초기 육종 단계에서 비롯되었다. 그것은 순수한 신화가 아니다. 단지 시기적 표지였다.

이 최초 세대들은 기증자 조상으로부터 많은 원치 않는 연관 짐을 가져왔다. 이것은 introgression 육종에서 정상이다. 기증자가 하나의 바람직한 형질과 많은 바람직하지 않은 형질을 제공하면, 최초 성공적 전환은 종종 타협적으로 보인다. 육종가들은 그런 집단을 반복 교차와 선발을 통해 다듬는다: 개화 형질을 가진 자손 중에서 가장 높은 cannabinoid 산출을 가진 개체를 식별하고, 그것들을 강한 약용형 부모와 교배하고, 개화 형질을 다시 선별하고 반복한다.

몇 차례의 사이클을 거치면 엘리트 약용형 부모로부터의 유전체 비율이 증가하는 반면 day-neutral 좌위는 유지된다. 이것이 많은 현대 autos가 “ruderalis”가 시사하는 것만큼 유전체 전반에서 다르지 않고 주류 하이브리드 cannabis에 훨씬 더 가깝게 유전적으로 보이는 이유다. 용어는 형질의 기원을 가리키지 전-genome 정체성을 가리키는 것이 아니다. 이 넓은 교훈은 cannabis 유전학의 나머지와 일치한다: 인기 라벨은 종종 육종 역사가 지지하지 않는 깔끔한 구분을 암시한다.

autoflower를 cannabinoid 산출과 구조로 육종할 때의 절충

반복 선발은 autoflower를 크게 개선했지만 절충을 완전히 제거하지는 못했다. 주요 제약은 발달 타이밍이다. 광주성 식물은 필요할 때까지 식물체를 영양생장 상태로 유지할 수 있다; day-neutral 식물은 내부 시계가 더 짧다. 만약 너무 일찍 전환하면, 이상적인 조명으로도 잃어버린 프레임과 가지 질량을 완전히 복구하지 못한다. 더 적은 프레임은 보통 꽃 형성 부위가 줄어들고 식물당 절대적인 수확량이 줄어든다.

그 타이밍 압력은 또한 선발 전략을 바꾼다. 육종가는 단지 효능이나 형태만을 따로 선택하는 것이 아니다. 그들은 빨리 확립되고 매우 이른 시기에 효율적으로 가지 치며 제한된 기간 동안 꽃을 쌓을 수 있는 식물을 선택해야 한다. 구조(architecture)는 사람들이 생각하는 것보다 더 중요하다. 짧은 마디, 빠른 유년기 활력, 뿌리 확립, 그리고 유리한 잎-대-꽃 비율이 고정된 생애 주기와 상호작용한다.

이것이 현대의 autos가 cannabinoid 수치가 높게 나오지만 여전히 광주성 라인과 비교했을 때 구조적 차이를 보이는 이유다. 그들은 더 작게 남아있거나, 이식 스트레스나 가지치기 오류에 대한 회복력이 덜하거나, 수정 재배의 여지가 좁을 수 있다. 개화 형질이 전체 일정을 압축한다. 약한 시작은 더 가혹하게 처벌받는다.

집단유전학적 문제도 있다. 많은 autoflower 라인은 진정한 인브리드 라인이라기보다 광범위하게 작업된 잡종이어서 “안정성”은 확률적이다. 한 종자 묶음은 day-neutral 개화를 상당히 잘 보이게 할 수 있지만 높이, 가지 각도, 성숙 날짜, 또는 수지 형질에 대해서는 분리할 수 있다. Cannabis 육종가들은 종종 이러한 집단을 auto 형질이 다른 모든 것을 균질화한다고 광고한다. 그렇지 않다.

공정한 관점은 이렇다: autoflowering은 속임수도 아니고 열화도 아니다. 그것은 ruderalis 타입의 유입을 통해 생성된 특정 적응으로, 그 후 반복적인 교배와 선발을 통해 약용형 배경에 통합되어 개선되었다. 현대의 autos는 초기 세대보다 훨씬 낫다. 그러나 그 형질은 식물 크기, 타이밍, 구조적 가소성에 관한 실제 육종 제약을 수반한다. 이는 autos가 별도의 생물학적 계층이 아니라 별개의 육종 문제임을 의미한다.

종자 생산, 페미나이즈드, 그리고 모식물 유지

종자 생산은 육종가 언어가 실제 유전학과 충돌하는 지점이다. 명명된 교배는 고정된 것처럼 들릴 수 있지만 부모가 고도로 인브리드되지 않았다면 종자 묶음은 분리한다. Cannabis는 이배체(2n=20)이므로 대부분의 육종 작업에서 감수분열과 재조합의 통상 규칙을 따른다. 이것은 중요하다. 종자를 만드는 것은 단지 “꽃가루를 암컷에 묻힌다”가 아니다. 그것은 다음 세대로 어떤 대립유전자를 허용할지, 얼마나 많은 변이를 보존할지, 그리고 얼마나 많은 불확실성을 감수할지를 선택하는 일이다.

일반 종자 만들기 대 페미나이즈드 종자 만들기

정규(regular) 종자는 수컷이 암컷에 꽃가루를 제공하여 생성된다. 염색체 관점에서 수컷은 보통 XY, 암컷은 XX를 가지므로 정규 종자는 양성(암/수)을 생성할 수 있다. 이것은 많은 육종 목표에 여전히 가장 깔끔한 경로다. 왜냐하면 육종가는 수컷의 구조, 활력, 개화 행동, 소형잎과 포영의 수지, 줄기 마찰 냄새, 병 저항성, 그리고 자손검정(progeny testing)을 통해 가족 성능을 평가할 수 있기 때문이다. 수컷은 암컷처럼 꽃 화학으로 직접적으로 평가할 수 없기 때문에 진지한 선발은 종종 시험 교배를 하고 자손을 읽는 것을 의미한다.

실무적 순서는 단순하지만 유전은 그렇지 않다. 선택된 암컷은 적절한 시기에 격리되어 수정되고 완전히 성숙한 종자를 허용한다. 부분 수분(pollination)은 육종가가 동일한 식물에서 sensimilla 꽃과 종자의 샘플을 둘 다 원할 때 흔하다. 완전한 종자 생산은 다음 세대의 집단 크기가 목표일 때 더 좋다. 더 많은 종자는 다음 세대에서 더 현실적인 선발 압을 가능하게 한다.

페미나이즈드 종자는 다르다. 이것은 보통 여성 식물이 생식 가능한 꽃가루를 생산하도록 유도된 다음 그 꽃가루로 다른 암컷 또는 동일 암컷을 수정하는 방식으로 만들어진다. 그 교배에는 Y 염색체가 없기 때문에 자손은 대체로 암컷이다. “대체로”가 “항상”보다 중요하다. Cannabis에서 성 표현은 유전적이면서 스트레스에 반응하기도 하므로, 페미나이즈드 라인도 부모의 소인과 선발 규율에 따라 여전히 중성화 취약성(intersex liability)에서 차이를 보일 수 있다.

S1 종자(어떤 여성의 역전을 통해 만들어진 자가수정)는 종종 모식물 복제로 오해된다. 그렇지 않다. 클론은 돌연변이를 제외하면 동일 유전체형을 영양생식적으로 보존하는 것이다. S1은 감수분열의 산물이다. 재조합은 여전히 발생한다. 이형접합 좌위는 분리될 수 있고, 열성 대립유전자는 짝지을 수 있으며 숨은 결함이 표출될 수 있다. 자손은 어머니의 유전체를 많이 유지하지만 유전적 복제품은 아니다. 이것이 S1 가족이 열성자를 드러내고 라인을 조이는 데 유용할 수 있지만, 어머니가 잠재적 자웅동체 경향(hermaphroditic tendency), 약한 뿌리, 또는 기타 원치 않는 형질을 가지고 있으면 위험할 수 있는 이유다.

이 구분은 중요하다. 많은 cannabis 품종은 처음부터 유전적으로 균일하지 않다. Vergara와 동료들은 2021년 PLOS ONE 연구에서 122개 샘플을 분석해 같은 이름을 공유하는 많은 샘플이 유전적으로 불일치함을 밝혔고 30개 이름 중 오직 4개만이 완전히 클러스터를 형성했다고 보고했다. 그런 맥락에서 “feminized”는 종자 생산 방식에 관한 말일 뿐 라인 안정성에 관한 보장은 아니다.

성 전환 방법, 꽃가루 수집, 그리고 오염 통제

암컷 꽃가루는 보통 에틸렌 신호를 차단하여 유도된다. 에틸렌은 여성 꽃 발달을 유지하는 데 기여한다. 표준 방법은 silver thiosulfate(STS)와 colloidal silver이다. STS는 일반적으로 더 신뢰할 만하다. 마법은 아니다. 그것은 여성 표현을 강하게 억제하여 유전적으로 여성인 식물에 수술화 꽃을 만들게 하고, 그 꽃은 X만을 담고 있는 생식 가능한 꽃가루를 방출할 수 있다.

타이밍이 성공을 결정한다. 역전 처리는 완전히 형성된 암성 꽃이 이미 설정된 후가 아니라 초기 꽃 발현 전후에 시작된다. 다양한 유전체형은 다르게 반응한다. 어떤 것은 빨리 역전하여 풍부한 꽃가루를 내고, 어떤 것은 저항하거나 드문드문 약한 화분을 생산한다. 이러한 변이 자체가 정보적이다. 약한 개입에서만 역전되는 식물은 쉽게 역전되는 식물과 동일하게 행동하지 않을 수 있다.

꽃가루 취급은 기본적인 육종 위생이다. 또한 많은 종자 생산이 실패하는 지점이다. 수술화 또는 수컷 식물은 수술이 터지기 전에 격리되어야 한다. 공기 흐름, 옷, 머리카락, 도구가 모두 꽃가루를 퍼뜨린다. 꽃가루 입자는 작고 건조하며 과소평가하기 쉽다. 통제된 육종가는 종종 별도의 공간을 지정하고, 비수분화 방에서 수분화 방으로 작업을 단계적으로 이동하며, 가지를 봉투로 싸고 적용 중에는 팬을 멈춘다. 한 번 놓친 무리도 전체 방을 시드화할 수 있다.

수집된 꽃가루는 보통 부드럽게 건조시키고 습기에서 멀리 보관한다. 신선하게 사용하거나 건조제와 함께 냉장 보관할 수 있지만, 생존력은 시간이 지남에 따라 떨어지고 저장 프로토콜은 실험실과 재배실에 따라 다르다. 붓이나 봉투로 가지별로 수분하는 것은 개방형 흔들기 방식보다 더 깨끗한 기록을 제공한다. 라벨링은 수분만큼 중요하다. 잘 만든 교배라도 기록이 엉망이면 익명 종자일 뿐이다.

오염 통제는 선택 사항이 아니다. Cannabis의 종자 형성은 효율적이다. 가볍게 먼지가 묻은 꽃도 많은 종자를 생산할 수 있다. 수정이 한 번 일어나면 식물 에너지는 배아 발달로 전환된다. 육종에는 이것이 관건이다. 꽃 생산에는 오염이다. 깨끗한 분리는 이 목표들이 서로를 파괴하지 않도록 유지한다.

클론 생산을 위한 모식물 선택과 유지

모식물은 새로움을 위해 선택되는 것이 아니다. 재현성을 위해 선택된다. 이것은 명백하지만 많은 cannabis 문화는 씨앗 식물의 첫 번째 인상적인 결과에 보상을 주고 식물이 여러 사이클, 매체, 방, 시즌에서 같은 방식으로 수행하는지 여부를 과소평가한다. 엘리트 모식물은 반복을 견뎌내며 그 지위를 얻는다.

논리는 간단하다. 모식물은 클론을 생성하는 유전체 저장소이며, 클론은 종자보다 그 유전체를 훨씬 충실하게 보존한다. 이는 이형접합성이고 고도로 선발된 개체를 장기간 그대로 유지하는 실용적 방법이다. 클론 전용 절단이 존재하는 이유가 바로 그것이다: 그들의 종자 자손은 그것들을 정확히 재현하지 못한다.

따라서 선택은 복제가 잘 되는 특성에 중점을 둬야 한다: 뿌리화 속도, 가지 구조, 스트레스 내성, powdery mildew 및 botrytis에 대한 저항, 안정적인 개화 반응, 일관된 cannabinoid 프로파일, 그리고 여러 번의 사이클에서 일관된 terpene 표현 등이 그렇다. 향 강도와 수지 피복과 같은 특성도 중요하지만, 한 번의 우연한 환경에서 판단해서는 안 된다. Booth, Jin 및 관련 대사유전체 연구들은 terpene 발현이 제어된 조건에서 의미 있는 정도로 유전됨을 보여주었지만, 환경은 여전히 표현형을 이동시킨다. 한 예외적인 방에서 선택된 모식물은 선택이 유전자형과 일시적 환경 이점을 혼동했을 경우 다른 방에서 실망할 수 있다.

클론 충실도는 높지만 무한하지 않다. 장기간 유지하면 체세포 돌연변이가 축적될 수 있다. 대부분의 클론은 실무적 성능이 변함없이 유지될 정도로 충분히 원본에 가깝지만, 오프타입은 특히 수년간 연속적으로 증식한 후에 발생할 수 있다. 진짜 돌연변이보다 더 흔한 것은 영양생리적 표류(physiological drift)로, 영양, 광주기 스트레스, 뿌리-묶임 상태, 또는 만성적 해충 압력에 의해 발생한다. 사람들은 종종 “유전자가 변했다”고 비난하지만 실제 문제는 지친, 감염된 모식물일 때가 많다.

병원체 축적이 더 큰 위협이다. Viroid, 잠복성 바이러스, 특히 hop latent viroid, 전신성 곰팡이 및 내생 균총이 클론 라인을 통해 조용히 이동할 수 있다. 모식물은 영양 성장에서는 수용할 만해 보여도 활력 저하, 형성 불량, 낮은 cannabinoid 산출, 또는 부서지기 쉬운 가지 구조를 전달할 수 있다. 그래서 진지한 클론 프로그램은 주기적으로 스톡을 갱신하고 병원체 검사를 수행하며 청정 보육(workflow)을 유지하고, 점점 더 조직배양이나 meristem 클리닝을 이용해 위생을 확보한다. 동일한 모식물을 무기한 유지하는 것은 낭만적 생각이지 항상 건전한 원예 방식은 아니다.

최선의 실천은 보통 검증된 모식물 은행과 동일 라인의 건강한 클론에서 선택한 주기적 교체 모식물을 병행 유지하는 것이다. 유전체형을 보존하되 오래된 원목에 대한 맹목적 숭배는 피하라. 목표는 성능의 연속성이지 오래된 나무에 대한 충성심이 아니다.

마커보조 육종, 게놈 도구, 그리고 cannabis 개선의 다음 단계

Cannabis 육종은 더 이상 시각적 선발, 흡연 보고서, 그리고 수년간 귀중한 클론을 유지하는 일에만 국한되지 않는다. 그것은 이제 혼합된 공간에 있다: 일부는 원예학, 일부는 집단유전학, 일부는 게놈학이다. 이 변화는 중요하다. Cannabis는 유전적으로 다룰 수 있기 때문이다. 보통 이배체이며 2n=20 염색체를 가지고 있고 유전체가 현대적인 매핑과 마커 개발에 충분히 작다. van Bakel et al.(2011)은 약 786 Mb의 서열을 조립했고 Laverty et al.(2019)은 CBDRx 기준을 약 876 Mb로 개선했다. 이것들은 단지 기술적 이정표가 아니다. 이들은 육종가들이 “보기에 좋은 것을 선택하라”에서 “개화를 하기 전에 묘목들을 대립유전자에 따라 스크리닝하라”로 이동할 수 있게 하는 이유다.

옛 육종가의 눈은 여전히 중요하다. 그러나 더 이상 충분하지 않다, 특히 대규모 집단, 병원체 압력, 규정 준수 테스트, 라인 보호 등이 개입할 때는 더욱 그렇다. cannabis 개선의 다음 단계는 “indica”와 “sativa” 같은 민속 범주보다 연관 마커, 검증된 분석, 그리고 집단 수준 예측에 의해 추진될 것이다. 그것은 더 건전한 방향이다. 민간 라벨은 유전체적 정밀성이 약하다; 마커-형질 연관은 적어도 시험 가능하다.

성, 화학형, 개화 형질에 대한 마커보조선발

마커보조선발(MAS)은 목표 형질이 하나의 주요 좌위 또는 강한 효과를 가진 소수의 좌위로 제어될 때 cannabis에서 가장 잘 작동한다. 성이 고전적 사례다. 이가화성 cannabis는 XY 성 결정이므로 육종가는 성 연관 마커를 사용해 많은 수의 묘목을 개화 전에 수컷으로 식별할 수 있다. 이는 공간, 노동, 오염 위험을 절약한다. 실용적 요점은 간단하다: 육종가가 묘목 단계에서 원치 않는 수컷을 도태할 수 있다면 전체 프로그램이 더 효율적이 된다.

화학형 예측은 훨씬 더 중요하다. de Meijer와 Hammond는 THC-우세 대 CBD-우세 유전이 역사적으로 THCA synthase와 CBDA synthase 활동에 영향을 미치는 대립유전자 변이로 모델링될 수 있음을 보여주었다. 이것이 모든 cannabinoid 변이가 단일 유전자인 것은 아니다; 총 효능, 마이너 카나비노이드, 및 발현 수준은 그렇지 않다. 그러나 광범위한 THC/CBD 구분에 대해서는 cannabis는 육종가에게 거의-멘델식 시스템을 제공한다. 연관된 검사로 식물이 THC-우세, CBD-우세, 또는 중간일 가능성을 성숙 이전에 상당히 잘 예측할 수 있다.

유전체학은 이 그림을 더 선명하게 했다. Grassa et al.(Nature Plants, 2021)은 cannabinoid synthase 영역 주위의 유전체 구조를 해결하고 이러한 좌위에서 얼마나 강하게 선택이 작용했는지를 보여주었다. 한 함의는 “hemp”와 “drug-type”이 신비한 본질이 아니라는 것이다. 이들은 cannabinoid 합성 유전자와 연관된 유전체 영역 주변의 선택에 의해 형성된 육종 결과다. 이것은 유전 결과 예측에 대해 거의 아무 것도 말하지 않는 오래된 “indica 대 sativa” 이야기를 대체하는 더 유용한 설명이다.

SNP 마커는 개화 관련 형질, 특히 광주성 반응과 일부 집단에서의 autoflowering 행동을 예측하기 위해 개발되고 있다. 이 분야는 실재하지만 성이나 넓은 화학형 테스트만큼 확립되지는 않았다. 개화 시간은 일부 유전적이지만 종종 다유전자적이고 환경에 민감하다. 마커는 정의된 육종 집단에서 더 빠르거나 늦은 개화를 예측하는 데 도움이 될 수 있지만, 관련 없는 유전체형으로 옮길 때 실패할 수 있다. 이 제한은 온라인에서 무시되는 경우가 많다. 마커보조선발은 대개 집단 특이적이다.

그럼에도 보상은 명백하다. 육종가들이 묘목 단계에서 성, 주요 화학형 분류, 일부 발달 성향을 식별할 수 있다면, 더 많은 육종 집단을 더 낮은 비용으로 운영할 수 있다. 이는 많은 명명된 cannabis 품종이 유전적으로 균일하지 않기 때문에 중요하다. Vergara와 동료들은 2021년 PLOS ONE에서 122개 샘플을 분석해 같은 이름으로 팔리는 샘플들이 유전적으로 불일치하는 경우가 많음을 보여주었다; 30개 이름 중 4개만이 모든 샘플이 함께 클러스터링되었다. 그런 맥락에서 마커 기반 정체성 검사는 사치가 아니라 교정이다.

병저항성, 조직배양, 그리고 청정 스톡 프로그램

재배가 확장되면서 육종 우선순위가 바뀌었다. 수량과 cannabinoid 함량은 여전히 중요하지만, 병 저항성은 무시할 수 없게 되었다. Powdery mildew, Fusarium, hop latent viroid, botrytis, 뿌리 영역 병원체는 성능을 파괴하고 선발 데이터를 왜곡하며 클론 네트워크를 통해 조용히 확산될 수 있다. 깨끗한 방에서 엘리트로 보이던 식물이 병압이 만연한 생산 환경에서는 붕괴할 수 있다. 이것은 불운이 아니다. 저항성 또는 내성 검사가 전혀 없었다면 나쁜 육종이다.

Cannabis는 토마토나 옥수수 같은 작물에 비해 형식적 저항성 육종에서 뒤쳐져 있지만 방향은 분명하다. 육종가들은 표현형 선별과 분자 도구를 결합하여 저항성 연관 마커를 확인하고 더 건강한 부모 스톡을 유지하기 시작하고 있다. 이것은 마커보조 육종이 덜 화려하고 더 농업적이 되는 지점이다. 저항성은 종종 단일 유전자가 아니라 양적이다. 그래서 더 어렵다. 또한 단일 유전자 저항성이 병원체에 의해 빠르게 무력화될 수 있기 때문에 양적 병 저항성은 대개 더 내구성이 있어 중요하다.

조직배양과 청정 스톡 프로그램은 이 노력과 함께한다. 그들은 육종과 동일하지 않지만 육종 프로그램이 보존할 수 있는 것을 바꾼다. 미세번식, meristem 배양, 병원체 인덱싱은 육종가가 엘리트 유전체형을 더 낮은 바이러스 및 미생물 부하로 유지하고, 늙은 클론 라인을 갱신하며, 내부적으로 더 깨끗한 부모 자료를 배포할 수 있게 한다. 클론 전용 cannabis의 경우, 이것은 유전체형을 유지하는 것과 오염, 돌연변이, 또는 생리적 쇠퇴로 인해 점차 잃어버리는 것 사이의 차이가 될 수 있다.

하지만 여기에는 함정이 있다. 조직배양은 불안정한 유전자를 “수정(fix)”하지 않는다. 그것은 존재하는 것을 보존한다. 기초 라인이 고도로 이형접합이라면 자가수정된 종자는 여전히 분리할 것이다. 클론이 잠재적 문제를 가지고 있다면, 그것들은 검사되어야지 단지 보존된다고 해서 사라지지 않는다. 청정 스톡 프로그램은 위생 도구이자 유전자 자원 보존 도구다. 그것들은 느슨하게 작업된 품종을 인브리드 라인으로 바꾸지 않는다.

다배체화, CRISPR 시대의 가능성, 그리고 여전히 실험적인 것들

다배체화(polyploidy)는 증거보다 더 많은 관심을 받는다. Cannabis는 통상적으로 이배체이며 유도된 다배체화는 개입이다, 자연적 표준으로 숨겨진 무언가가 아니다. 연구자들은 colchicine과 oryzalin을 사용해 사배체(tetraploid) 또는 혼합배체(mixoploid) 식물을 생산했으며, 결과는 실제적이다: 더 큰 기공, 더 두꺼운 잎, 형태학적 변화, 일부 경우 번식력 감소, 때로는 cannabinoid 농도 또는 생체량 형질의 변화 등이 보고되었다. 흥미롭지만 확정적이지는 않다.

다배체 cannabis가 자동으로 더 강하거나 더 수지 생산적이거나 범주적으로 우수하다는 인기 있는 주장은 지지되지 않는다. 보고된 결과는 혼합되어 있고 종속적이다. 일부 유도된 다배체는 유용한 특성을 보이지만, 다른 일부는 활력이 떨어지거나 번식력이 낮거나 단순히 육종 재료로서 어색할 수 있다. 다배체화는 실험적 육종 도구이며 입증된 업그레이드 경로는 아니다.

유전자 편집은 더 큰 가능성과 더 큰 제약을 제기한다. 이론적으로 CRISPR 기반 편집은 cannabinoid synthase 유전자, 개화 조절자, 병 민감성 좌위, 또는 성 표현 경로를 표적할 수 있다. 실제로는 cannabis의 형질전환과 재생이 아직 기술적 병목이다. 식물을 편집하는 것은 문제의 절반일 뿐이다; 많은 품종에서 사용 가능한 빈도로 건강하고 안정된 편집 식물을 재생하는 것이 많은 경우 어려운 문제다. 규제적 불확실성도 한 층 더한다. 편집 식물, 형질전환체, 마커보조 라인은 종종 생물학적·법적으로 뚜렷한데도 공적으로 혼동되는 경향이 있다.

단기적으로는 게놈 선택(genomic selection)이 일상적인 CRISPR 배치보다 더 현실적이다. 단일 마커에 기대기보다는 게놈 전반의 많은 마커를 사용해 생육 가치(breeding value)를 예측한다. 수량, 구조, terpene 균형, 스트레스 반응, 또는 트리코움 밀도와 같은 복잡한 형질에 적합한 접근법이다. 이것은 많은 상업적으로 중요한 형질이 다유전자적이고 환경에 민감한 cannabis에 적합하다. 또한 명명된 “strains”가 종종 안정된 유전체를 반영하지 않는 작물과도 잘 맞는다.

육종 프로그램은 더 조용하고 더 사유화될 것이다. 마커 패널, 내부 SNP 데이터베이스, 병원체 검사된 모식물 라이브러리, 보호된 부모 라인이 공개적인 strain 민속보다 더 중요해질 가능성이 크다. 지적 재산권 분쟁이 뒤따를 것이다. 그리고 더 강한 라인 인증도 생길 것이다. 결과는 낭만의 상실이 아니라 재현성의 증가다. cannabis 개선에 있어 이것은 브랜드가 아니라 유전학에 기반한 진전이다.