Characterization of a Gamma Radiation-Induced Salt-Tolerant Silage Maize Mutant

방사선 유도 내염성 증진 사료용 옥수수 돌연변이체 특성 분석

Salt stress is a significant factor limiting growth and productivity in crops. However, little is known about the response and resistance mechanism to salt stress in maize. The objective of this research was to develop an enhanced salt-tolerant silage maize by mutagenesis with gamma radiation. To generate gamma radiation-induced salt-tolerant silage maize, we irradiated a KS140 inbred line with 100 Gy gamma rays. Salt tolerance was determined by evaluating plant growth, morphological changes, and gene expression under NaCl stress. We screened 10 salt-tolerant maize inbred lines from 2,248 M₂ mutant populations and selected a line showing better growth under salt stress conditions. The selected 140RS516 mutant exhibited improved seed germination and plant growth when compared with the wild-type under salt stress conditions. Enhanced salt tolerance of the 140RS516 mutant was attributed to higher stomatal conductance and proline content. Using whole-genome re-sequencing analysis, a total of 328 single nucleotide polymorphisms and insertions or deletions were identified in the 140RS516 mutant. We found that the expression of the genes involved in salt stress tolerance, ABP9, CIPK21, and CIPK31, was increased by salt stress in the 140RS516 mutant. Our results suggest that the 140RS516 mutant induced by gamma rays could be a good material for developing cultivars with salt tolerance in maize.

식물은 다양한 환경 스트레스에 적응하기 위해 스트레스 내성 유전자의 발현과 자연 돌연변이를 통해 외부 환경 및 자극에 대한 반응 특성을 강화시켜 왔다 본 연구는 사료용 옥수수를 대상으로 감마선을 이용하여 돌연변이 집단을 구축하고 내염성이 증대된 계통을 개발하고자 수행되었다. 140RS516은 NaCl 처리 조건에서 대조군인 KS140과 비교하여 증가된 염 스트레스 내성을 보였다. 감마선에 의한 다양한 유전변이를 보인 140RS516 식물체는 염 스트레스 조건에서 대조군보다 높은 발아율과 생장, 기공전도도 그리고 proline함량을 나타냈으며, 내염성에 관여하는 유전자들의 발현이 증가하였다. 따라서 본 연구를 통해 개발된 140RS516 옥수수는 간척지 염화토양과 같이 불량한 환경에서 작물 재배 및 생산이 가능한 내염성 품종을 개발하기 위한 육종 소재로 활용될 수 있을 것이다.