中国科学家研发“吉儿”机器人育种系统 实现智能杂交授粉突破

중국과학원 유전 및 발달생물학연구소의 허초 연구원이 이끄는 지능형 육종팀이 《세포》지에 ‘작물 꽃 형질을 공학적으로 설계해 로봇화된 교배 및 빠른 육종을 가능하게 한다’는 제목의 논문을 발표했다. 이 연구는 생물기술(BT)과 인공지능(AI)을 융합해 세계 최초로 ‘작물-로봇 협업 설계’라는 ‘양방향 협력’ 모델을 제안했다. 유전자 편집 기술을 활용해 토마토의 꽃 구조를 재설계해 로봇이 쉽게 접근할 수 있는 ‘로봇 친화형’ 구조적 수컷 불임계를 성공적으로 창출했으며, 이는 기존 인공 수분에 의존하던 고비용·저효율 문제를 근본적으로 해결했다. 기존 토마토는 꽃이 닫혀 있어 수분을 위해 수분자(로봇)가 꽃의 수술을 제거하거나 수분을 직접 넣어야 했으며, 인공 비용이 전체 육종비의 25% 이상을 차지했고, 수술 제거 작업만으로도 40%의 비용이 발생했다. 노령화로 인한 인력 부족이 심화되면서 이 문제는 더욱 심각해졌다. 특히 콩과 같은 꽃이 닫힌 작물은 수분 비용이 너무 높아 잡종우수성 활용이 어려웠다. 허초팀은 유전자 편집으로 꽃 형성에 관여하는 MADS-box 유전자 GLO2를 타겟으로 하여, 수술이 열리고 꽃가루가 불임되면서도 수술의 수분기(수술)가 자연적으로 외부로 노출되도록 설계했다. 이로써 수술 제거 없이도 수분이 가능해졌으며, 수확량과 씨앗 품질에는 영향을 주지 않았다. 이 기술은 유전적 배경에 제약 없이 다양한 작물에 적용 가능하다. 이와 함께 허초팀은 중국과학원 자동화연구소 양명하 부연구원과 협력해 세계 최초로 자율 항로를 설정해 자동으로 수분을 수행하는 지능형 육종 로봇 ‘지얼(GEAIR)’을 개발했다. ‘지얼’은 심층학습 기반으로 꽃의 수술을 85.1% 정확도로 인식하고, 한 꽃당 15초 내외로 수분을 완료하며, 한 번의 순찰에서 평균 77.6%의 성공률을 기록했다. 로봇은 24시간 연속 작동 가능해 모든 꽃에 수분이 이루어지도록 보장한다. ‘지얼’의 부품 중 95% 이상이 국내 자율 생산으로, 상용화 가능성이 매우 높다. 연구팀은 ‘지얼’ 시스템을 2018년 개발한 ‘처음부터 재육종’ 기술과 ‘빠른 육종’ 기술과 결합해 ‘지능형 육종 공장’을 구축했다. 이를 통해 근연 야생종의 육종 주기를 5년에서 1년으로 단축하고, 인건비를 대폭 절감해 맛이 좋고 내병성·내건조성이 뛰어난 토마토 신종질을 빠르게 개발할 수 있게 되었다. 또한, 콩에 이 시스템을 적용해 구조적 수컷 불임계를 성공적으로 만들었으며, 수분 작업 시간을 76.2% 감축해 콩의 잡종 육종 기반을 마련했다. 이는 콩의 생산성 향상과 수확량 증대에 큰 기여가 될 전망이다. 이 연구는 ‘생물기술(BT) + 인공지능(AI) + 로봇(Robot)’의 ‘BAR 모델’을 제시하며, 생물육종의 패러다임 혁신을 이끌었고, 과학기술을 통한 새로운 생산력 창출의 사례로 주목받고 있다. 이는 ‘AI for Science’의 실현 가능성을 입증한 대표적 사례다. 연구는 농업부 주요 과제, 중국과학원 전략적 선도과제, 국립자연과학기금, 베이징시 지능형 온실 채소 혁신팀 프로젝트 등에서 지원받았다.