본 실험은 29개 포도 품종(Vitis spp.)의 효율적 유전학적 유연관계를 분석함으로써 포도품종 육성을 위한 기초자료로 이용하고자 RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA) 방법을 이용하여 분석하였다. 총 60개의 프라이머를 이용하여 558개의 다형성 밴드를 얻었다. 획득된 다형성 밴드를 사용하여 UPGMA(unweighted pair-group method arithmetic average) clustering 분석 결과, 포도 품종은 유사도 0.588을 기준으로 나누었을 때 6개 그룹으로 분류되었다. 가장 높은 유사도 값(0.980)을 나타낸 것은 국내 육성 품종인 "흑보석"과 "수옥" 품종이었고, 가장 낮은 유사도 값(0.404) 을 나타낸 것은 프랑스 품종인 "S. 9110"과 일본 품종인 "Super Hamburg"로 나타났다. "Super Hamburg"는 첫 번째 그룹(I)에 구성되었다. 두 번째 그룹(II)은 "원교 라-23"과 "Muscat Hamburg" "Tano Red" 그리고 "탄금추"가 포함되어 있었다. 세 번째 그룹(III)은 "Alden" "원교 라-21", "원교 라-30" 그리고 "Dutchess" 품종이 속해있었다. 네 번째 그룹(IV)은 14개 포도 품종이 포함되었으며("흑구슬", "흑보석", "수옥", "원교라-29", "원교 라 -22", "거봉", "Pione", "홍이두", "Golden Muscat", "진옥", "두누리", "캠벨얼리", "Delaware", "Schuyler"), 거봉 계열의 5 품종과 캠벨얼리 계열의 4 품종 그리고 이들의 교배조합에 사용된 품종이 포함되어 있었다. 다섯 번째 그룹(V) 3개 품종으로 구성되었다(홍단', "탐나라", "홍이슬", "Himrod seedless"). 여섯 번째 그룹(VI)은 "청수"와 모본인 "S. 9110"이 포함되었다. 본 실험의 결과는 DNA 수준에서 포도의 교배육종에 이용할 양친의 선정이나 육종연구에 기초 자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.
"원교 가-단과지 1호"는 농촌진흥청 국립원예특작과학원에서 고품질 중생종 "Starkrimson"에 무측지성 "McIntosh Wijick"을 1992년에 교배하여, 2000년부터 2008년까지 그 특성을 조사한 결과, 과실 특성이 뛰어난 계통을 중간모본으로 최종 선발 하였다. 만개기는 "홍로"와 비슷하거나 2일 정도 느리고, 숙기는 "홍로"보다 일주일 정도 느리다. 수세는 중, 수자는 반개장형이고, 단과지 형성 및 착과량은 "홍로"와 같이 많은 편이다. 과실은 장원추형이며, 과피색은 "홍로"와 같이 선홍색이다. 평균 과중은 218 g 내외이며, 당도는 $14^{\circ}Bx$로 높고, 산도는 0.41%로 새콤한 맛과 달콤한 맛이 아주 뛰어나 청년층의 기호가 높을 것으로 예상된다.
사과의 경우 한 과총에 5개의 꽃이 피는데 그 중 한 가운데의 중심화가 먼저 개화하여 과일로 발달하고 주위의 측과 4개는 스스로 낙과되는 현상을 자가적과성이라고 한다. 적과는 인위적으로 과실의 숫자를 줄여 잎 수와 과실 수의 균형을 맞추는 작업으로 과실의 크기를 증가시키고, 수세, 수형을 유지시켜 안정적인 생산에 도움을 준다. 노동력 절감을 위해 인간에게 유용하게 사용될 수 있는 특성이 자가적과성인데, 자가적과성 품종의 사과에서 측과는 만개 후 30일 이내에 떨어지고 중심과만 남아서 성숙하게 된다. 51개의 사과 품종으로부터 비자가적과성 그룹 20종, 6월 생리적 낙과 그룹 16종, 자가적과성 그룹 15종을 분류하였다. 대표적인 자가적과성 품종인 Aori #9 로부터 중심과와 측과에서 다르게 발현이 되는 유전자들을 DD-PCR 방법으로 확인하였다. 중심과에서 30개의 clones 과 측과에서 24개의 clones을 선발하여 염기서열을 분석하였다. 주로 측과에서 발현되는 유전자들은 pathogenesis, senescence, temperature stress, protein degradation, fruit browning, sorbitol metabolism에 관여하는 유전자들과 높은 상동성을 나타내고, 중심과에서 발현되는 유전자들의 염기서열을 분석해 보면 anthocyanin의 up-regulation이나 flavonol 생합성, ethylene 생합성에 관여하는 유전자들이 분포한다. Cytochrome P450 유전자의 발현양상을 보기 위해 Real time PCR 분석을 한 결과 중심과보다 측과에서 발현량이 높게 나타났다. 중심과와 측과에서 다르게 발현되는 유전자들의 실제 발현양상을 분석하기 위해 Real time PCR을 이용해서 상대정량을 분석할 계획이며 분자수준에서의 자가적과를 조절하는 기작에 대한 앞으로의 연구는 생력 재배가 가능한 품종 육성의 육종 소재 개발에 활용될 수 있을 것이다.
This study was conducted to investigate the genetic diversity and to develop a technique for cultivar identification using SSR markers in grapevine. Thirty Korean bred and introduced grapevine cultivars were evaluated by 28 SSR markers. A total of 143 alleles were produced ranging from 2 to 8 alleles with an average of 5.1 alleles per locus. Polymorphic information contents (PIC) were ranged from 0.666 (VVIp02) to 0.975 (VVIn33 and VVIn62) with an average of 0.882. UPGMA (unweighted pair-group method arithmetic average) clustering analysis based on genetic distances using 143 alleles classified 30 grapevine cultivars into 7 clusters by similarity index of 0.685. Similarity values among the tested grapevine cultivars ranged from 0.575 to 1.00, and the average similarity value was 0.661. The similarity index was the highest (1.00) between 'Jinok' and 'Campbell Early', and the lowest (0.575) between 'Alden' and 'Narsha'. The genetic relationships among the 30 studied grapevine cultivars were basically consistent with the known pedigree. The three SSR markers sets (VVIn61, VVIt60, and VVIu20) selected from 28 primers were differentiated all grapevine cultivars except for 'Jinok' and 'Campbell Early'. Five cultivars ('Narsha, 'Alden', 'Dutchess', 'Pione', and 'Muscat Hamburg') were identified by VVIn61 at the first step. Then 21 cultivars including 'Hongsodam' by VVIt60 at the second step and 2 cultivars ('Heukbosuck' and 'Suok') by VVIu20 at the third step were identified. These markers could be used as a reliable tool for the identification of Korean grapevine cultivars.
배는 배우체 자가 불화합성을 보이며, 이것은 단일 유전자좌의 복대립 유전자에 의하여 제어된다. '원교 나-자수정 2호'는 농촌진흥청 국립원예특작과학원에서 고품질 조생종 '원황'에 '92-18-79' (오사이십세기 자식계통, ${S_4}^{sm}{S_4}^{sm}$)를 2001년에 교배하여 얻은 계통 중에 자가 결실성이며 품질이 우수하여 중간모본으로 선발되었다. 만개기는 '오사이십세기'보다 1일 정도 빠르고 '원황'과는 유사하다. 수세는 중, 수자는 반개장형이다. 검은별무늬병(Venturia nashicola)에는 '오사이십세기' 정도로 약하고 검은무늬병(Alternaria kikuchiana)에는 '원황'과 같이 강하다. 자가 결실률은 65.7%로 안정된 자가 결실률을 보였다. 만개후 성숙기까지는 148일로 '오사이십세기'보다는 11일가량 빠르며, '원황'보다는 11일 정도 늦다. 과형은 원편원이고 과피는 황갈색이다. 평균 과중은 445 g이며 당도는 $13.3^{\circ}Brix$로 높고 과즙은 풍부하며 석세포는 적다.
사과 국내 육성 품종인 '홍로'의 형질전환 체계를 확립하고 칼슘이 강화된 '홍로' 형질전환체를 육성하기 위하여 CAX1 유전자 전환을 실시하였다. 접종에 사용되는 절편체는 기내에서 증식 배양 중인 신초의 유엽을 사용하는 경우가 생육기 수체의 유엽을 사용하는 것보다 높은 재분화율을 보여 효과적이었다. 항생제가 첨가된 재분화 선발 배지에서 재분화된 신초들을 대상으로 PCR을 실시한 결과 5개체에서 유전자 도입을 확인할 수 있었고, 이들을 Southern blot 분석한 결과 2개체에서 안정적으로 유전자가 도입되었음을 확인할 수 있었다. 또한 유전자의 정량적 발현 분석을 위해 real-time PCR을 실시한 결과 대조구에 비해 형질전환체 모두에서 CAX1 유전자의 상대적 발현량이 높게 나타났다. 형질 전환체의 칼슘 분석 결과 기내 증식 잎과 결실된 과실의 과육과 잎에서 칼슘 함량이 대조구에 비해 높게 나타났다.
복숭아 과육색은 상업적으로 중요한 분류 기준이며 영양 품질에 영향을 미친다. 카로티노이드가 다량 함유된 새로운 황색 과육 품종을 육성하기 위해서는 많은 교배 조합과 세대가 진전되어야 한다. 따라서 육종 효율을 높이기 위해서는 경제적으로 중요한 형질을 가진 교배 집단과 유전자원에 적용할 조기 선발마커를 개발할 필요가 있다. 과육색이 다르게 발현되는 복숭아 품종의 유전자 발현을 비교하기 위해 2개의 cDNA library를 제작하였다. 황색 과육 품종인 '장호원황도'와 백색 과육 품종인 '미백도'의 유전자 발현 차이를 보기 위해 차세대 염기서열 분석 기술을 사용하였고 두 품종으로부터 얻은 EST의 염기서열을 결정하고 기존에 보고된 유전자와의 상동성을 분석하였다. EST 데이터로부터 황색 과육 품종 17개와 백색 과육 품종 22개를 구분할 수 있는 2종의 SNP 마커(SNP ID, ppa002847m:cds와 SNP ID, ppa002540m:cds)를 선발하였고, HRM 방법으로 분석하였다. 본 연구 결과는 복숭아 육종에 유용하게 사용할 수 있으며 복숭아 품종의 다양한 색 변화에 관한 분자 기작 연구에 좋은 참고자료가 될 수 있을 것이다.
꼬마배나무이 (Cacopsylla pyricola)에 저항성 품종육성을 위한 육종재료를 선발코자 월동형 성충수, 단과지내의 산란수, 과총엽내의 약충수 및 수관 전체적인 그을음 발생정도를 15개 종 및 종간잡종 133개 유전자원을 대상으로 조사하였다. 월동형 성충수는 Pyrus. calleryana 4.6마리, 단과지내 산란수는 P. calleryana 0.3개, 과총엽내 약충수는 P. calleryana 0마리, 그리고 그을음 발생정도는 P. betulaefolia, P. calleryana, P. communis, P. hybrid (P.pyrifolia × P. communis), P. lindleyi 0으로 발생 및 피해정도가 가장 낮았으며 종간의 차이가 뚜렷하였다. 전체적으로 대목으로 이용하고 있는 콩배인 P. calleryana와 P. betulaefolia가 조사 대상 유전자원 중 가장 높은 항객성(antixenosis)을 보였으나 품질개량에 많은 기간이 요구됨에 따라 실용적으로는 서양배(P. communis) 중 'Conference', 'Cascade', 'Bosc', 'Winter Nelis'가 가장 낮은 발생 및 피해정도를 보여 꼬마배나무이 저항성 품종 육성을 위한 좋은 육종재료로 판단되었다.
Venturia nashicola에 의한 검은별무늬병 저항성 품종을 육성하기 위하여 저항성 유전자원 탐색을 1997~1999년까지 국립원예특작과학원 포장검정 및 인공 접종을 실시하여 저항 성친으로 서양배 "청마려"을 선발하였다. 농촌진흥청 국립원예특작과학원 과수과에서 고품질 만생종 "만수"에 "청마려"를 1997년에 교배하여 저항성 우량 계통인 중간모본 "원교나-흑성 2호" 을 2008년에 선발하였다. 2008년 만개일은 4월 19일로 "만수" 보다 1일 늦고, "청마려"보다 7일 정도 빠르며 수세는 강하고 수자는 직립형이다. 검은별무늬병에 "청마려"와 "Bartlett"과 같이 강하고 "신고", "원황"등 국내 주요 재배 품종들과 교배 친화성이 있다. 과실은 만개 후 180일경에 성숙되어 양친에 비해 20일 정도 성숙 일수가 짧으며, 과형은 방추, 과피는 황녹갈색이다. 평균과중은 484 g, 당도는 $13.2^{\circ}Brix$이며 과즙량은 중~다이다 석세포가 적고 동양배의 아삭아삭함이 있다.
과피와 과육의 다양한 색은 복숭아 분류에 가장 널리 사용되는 상업적 기준 중 하나이다. 새로운 적색 과육 품종을 육성하기 위해서는 많은 교배 조합과 세대가 진전되어야 한다. 따라서 육종 효율을 높이기 위해서는 목적 형질을 가진 개체에 적용할 조기 선발 분자표지를 개발할 필요가 있다. 과육색이 다르게 발현되는 복숭아 품종의 유전자 발현을 비교하기 위해 2개의 cDNA library를 제작하였다. 적색 과육 품종인 '조생혈도'와 백색 과육 품종인 '미백도'의 유전자 발현 차이를 보기 위해 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술을 사용하였고, 두 품종으로부터 얻은 EST의 염기서열을 결정하고 기존에 보고된 유전자와의 상동성을 분석하였다. '조생혈도'와 '미백도'의 EST database로부터 72쌍의 SNP 분자표지를 선발하였고, 적색 과육 품종 8개와 백색 과육 품종 24개를 구분할 수 있는 SNP 분자표지를 HRM 방법으로 분석하였다. 본 연구에서는 복숭아 EST database를 기반으로 HRM 분석 방법을 이용하여 복숭아 품종의 적육계와 백육계를 구분할 수 있는 효율적인 SNP 분자표지를 개발하였다. 이러한 SNP 분자표지는 복숭아 육종에 유용하게 사용할 수 있으며, 복숭아 품종의 다양한 색 변화에 관한 분자 기작 연구에 좋은 참고자료가 될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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