Kamal Bhattarai;Patricia Izabelle Lopez;Sherry Lou Hechanova;Ji-Ung Jeung;Hyun-Sook Lee;Eok-Keun Ahn;Ung-Jo Hyun;Jong-Hee Lee;So-Myeong Lee;Jose E. Hernandez;Sung-Ryul Kim
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.269-269
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2022
Pre-harvest sprouting (PHS) on rice panicles is getting problematic in recent several years in Korea due to climate changes such as high temperature and more frequent typhoons during harvesting season. PHS negatively affects grain quality severely and also yield. Genetic improvement of Korean varieties (Oryza sativa ssp. japonica) through a marker assisted-backcross breeding (MAB) with the known PHS resistant genes must be one of ideal solutions. However, the final breeding products of MAB occasionally exhibit unwanted traits, especially the cross between genetically distant parents. This might be caused by linkage drag and/or presence of the gene-unlinked donor introgressions, resulting that the final products could not be released to the farmers. The major PHS resistance gene, Sdr4 (Seed dormancy 4) originated from an indica cultivar, Kasalath was selected as a donor gene. In order to avoid unexpected phenotypes in the breeding products, we performed a precision marker-based breeding (PMBB) consisting of foreground, recombinant, and background selections (FS, RS, and BS) which aim to develop 'single small introgression lines' (~100 kb introgression). Korean varieties (Ilpum and Gopum) were crossed with Kasalath. We developed Sdr4-allele specific markers for FS and a set of polymorphic flanking markers near the Sdr4 (-350kb and +420kb) for RS. To minimize linkage drag, the small introgression (< 125kb) containing Sdr4 was selected in Ilpum background (BC2F4) through 1st RS with ~1,200 F2 or BC1F2 plants (one side trimmed) and then 2nd RS with ~1,000 progenies from the 1st RS selected plants (another side trimmed). After RS, the selected lines were genotyped by using Infinium 7K SNP chip to detect other donor introgressions and the lines were backcrossed. Currently BS is on-going from the backcross-derived progenies with BS markers to remove residual introgressions. During the PMBB process, genetic effect of Sdr-4-Kasalath allele was confirmed in Ilpum and Gopum backgrounds by PHS phenotyping using the segregating BC2F3 or BC1F4 materials. The Sdr4 PMBB lines in Ilpum background (< 125kb introgression) will be valuable genetic resources to improve PHS resistance in modem popular temperate japonica varieties.
본 실험은 청청과 낙동 조합을 약배양하여 육성한 120 계통을 이용하여 식미치 관련 알칼리붕괴도에 대한 QTLs를 분석하고 탐색된 QTLs 유전자에 위치한 DNA 마카를 선발하여 기존 품종에 적용하여 다음과 같은 결과를 얻었다. CNDH 계통을 이용하여 알칼리붕괴도 변이를 조사한 결과 통일형 품종인 청청과 자포니카형 품종인 낙동 현미는 각각 1.9, 1.6를 보였으며 CNDH 계통은 $3.79{\pm}2.01$를 보였으며 변이 분포는 7.0-1.0까지 분포하였다. 모부본인 청청과 낙동 백미는 각각 5.6, 4.1를 보였으며 CNDH 집단의 평균은 $4.86{\pm}1.55$ 보였으며, 변이 분포는 7.0-2.0까지 분포하였다. 변이 분포 곡선은 비정규분포에 가까운 연속변이를 나타내었다. QTLs 분석에서 현미 1,2 반복에서 qBRA2, qBRA6, qBRA11, 백미 1반복에서 qHRA2-1, qHRA2-2, qHRA2-3, qHRA3, qHRA8, 2반복에서 qHRA2-1, qHRA2-2, qHRA2-3, qHRA3, 4반복에서 qHRA5으로, 이들은 각각 2번, 3번, 6번, 8번, 11번 염색체상에 탐색되었다. 현미, 백미 각 염색체상의 qBRA2, qBRA6, qBRA11의 표현형 변이는 1-9% 분포되었다. 알칼리붕괴도 관련 QTLs 분석 결과에서 탐색된 9개 marker를 토대로 모부본인 청청, 낙동을 기준으로 자포니카형 12품종, 인디카형 6품종에 다형성을 분석하였다. 밴드양상으로 크기에 차이를 보이는 분리비에 적합한 11번 염색체 RM27258을 선발하였다. 이상의 연구결과는 앞으로 미질이 좋은 벼 품종 개발하는데 기초자료로 이용 될 것 이다.
구미의 화학약품 제조업체 휴브글로브에서 불산 유출사고가 발생하고 약 1년 후인 2013년 8월 초 사고 발생 현장 주변에 성립한 식생 피해에 대한 조사를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 소나무와 스트로브잣나무는 매우 심한 피해, 은행나무, 상수리나무, 리기다소나무, 왕버들, 무궁화 및 배롱나무는 심한 피해, 굴참나무, 참싸리 및 참억새는 중간수준의 피해 그리고 갈참나무, 청미래덩굴, 새, 아까시나무 및 오동은 가벼운 피해를 나타내었다. 우리는 피해 현장 주변에서 피해를 입지 않은 어떤 식물도 발견하지 못하였다. 이러한 결과는 불소가 대기, 토양 및 물에 오랫동안 남아 생태계의 모든 수준에 걸쳐 부정적인 영향을 미친다고 알려졌듯이 이 지역에서 지난 해 발생한 불소피해가 여전히 지속되고 있다는 것을 의미한다. 한편, 여천공업단지에서 조사된 결과에 의하면, 식물 잎에 포함된 불소 농도는 비료공장으로부터 거리에 따라 달라졌고 식생 피해는 그 농도에 비례하는 경향이었다. 이런 점에서 불산 유출사고 현장 주변 생태계에 잔존하는 불소의 제거 및 해독 대책이 시급히 요청되고 있다. 불소를 불활성화 시킬 수 있는 칼슘과 마그네슘을 함유하고 있는 돌로마이트의 시비가 그 피해를 완화시킬 수 있는 복원계획의 하나로 준비되었다. 그밖에 토양개량 효과를 증진시키기 위해 인산염 비료 시비가 복원계획으로 추가되었다. 나아가 우리는 불소피해를 완화시키기 위한 두 번째 대책으로 내성종의 도입을 추천하였다. 불소가스 피해로 고사된 나무들을 대체하여 새로운 숲을 만들기 위한 내성종으로 우리는 갈참나무를 추천하였고, 그 숲이 안정된 내부 환경을 확보하기 위한 망토군락을 이룰 식물 종으로는 청미래덩굴과 새를 추천하였다.
전국(全國) 21개소(個所)에서 실시한 수도(水稻)에 대(對)한 질소적량시험(窒素適量試驗) 결과(結果)를 검토(檢討)하여 다음과 같은 결과(結果)를 얻었다. 1. 일반품종(一般品種)의 무질소구(無窒素區)와 질소구(窒素區)의 수량(收量)은 다같이 보통답(普通畓)>사질답(砂質畓)>습답(濕畓)의 순(順)이었고 통일품종(統一品種)에서는 무질소구(無窒素區) 수량(收量)은 사질습답(砂質濕畓)>사질답(砂質畓)>보통답(普通畓)=식질습답(埴質濕畓)의 순(順)이었으나 질소구수량(窒素區收量)은 보통답(普通畓)>사질습답(砂質濕畓)>사질답(砂質畓)>식질습답(埴質濕畓)의 순(順)이었다. 즉 통일품종(統一品種)은 사질답(砂窒畓)에서 무비재배(無肥栽培)의 적응력(適應力)이 높다는 특성(特性)을 보여 주었다. 2. 질소(窒素)의 시비응수(施肥應酬)는 보통답(普通畓)에서는 높고 사질답(砂質畓)과 습답(濕畓)에서는 낮았다. 질소(窒素) 1kg당(當) 정조(精租) 생산효율은 통일품종(統一品種)에서 보통답(普通畓) 16.6, 사질답(砂質畓) 10.5, 습답(濕畓) 8.6~11.4kg/10a이고 일반품종(一般品種)에서는 각각(各各) 12.6, 6.3, 6.6~9.3이었다. 3. 사질답(砂質畓)의 벼는 보통답(普通畓)에 비(比)하여 등숙률(登熟率)(일반품종(一般品種)에서) 또는 등숙율(登熟率)과 천립중(千粒重)(통일품종(統一品種)에서)이 모두 높았다. 보통답(普通畓)에서 질소응수(窒素應酬)가 큰 것은 주로 수수(穗數)의 증가(增加)가 크기 때문이었다. 4. 평균(平均) 질소적량(窒素適量)은 통일품종(統一品種)에서 보통답(普通畓) 19.4, 사질답(砂質畓) 14.6, 습답(濕畓) 11.6~13.4kg/10a이고 일반품종(一般品種)에서는 각각(各各) 15.9, 10.2, 8.7~12.7kg/10a이었다. 5. 보통답(普通畓)에서는 생산력이 높을수록 질소적량(窒素適量)도 높아지는 관계(關係)를 보여 주었으나 사질답(砂質畓)과 습답(濕畓)에서는 그러한 관계(關係)가 없었다. 6. 표토중(表土中) $SiO_2$와 OM함량(含量)에 근거한 질소적량(窒素適量) 결정식(決定式)에서 얻은 값과 포장시험(圃場試驗)에서 얻은 실제(實際) 적량치간(適量値間)에는 차이(差異)가 컸으나 두 값간에는 서로 높은 상관관계(相關關係)가 있으므로 질소결정식(窒素決定式)은 품종(品種)과 토양종류(土壤種類)의 요인등(要因等)을 보정(補正)하여 발전(發展)시킬 필요(必要)가 있을 것이다.
일반계인 추청벼, 화성벼와 통일계인 남풍벼를 공시하여 질소시비량(6, 12, 18, 24, 30kg/10a), 분시방법(기비-분얼비-수비; 50-25-25%, 30-30-40%) 및 생식생장기의 차광처리 (유수분화 후 15일, 30일 및 출수전 30일간)가 단위면적당 영화수형성에 미치는 영향을 검토하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 단위면적당 수수는 질소시비량 24kg/10a까지 시비량의 증가에 따라 직선적으로 증가하였고 분시방법에 따른 차이는 없었다. 생식생장기의 차광처리에 의해 추청벼에서만 수수의 유의한 감소가 나타났는데, 생식생장기 30일간의 차광처리에서 수수의 감소가 가장 크게 나타났다. 2. 수당 1차지경수는 질소시비량 18kg/10a까지 시비량의 증가에 따라 다소 증가하는 경향이었으나 증가폭은 크지 않았으며, 분시방법에 따른 차이는 없었다. 단위면적당 1차지경수는 질소시비량 증가에 따라 증가하였는데 이는 수당 1차지경 증가보다는 단위면적당 수수의 증가가 주원인이었다. 차광에 따라서는 추청벼에서만 단위면적당 1차지경수의 유의한 감소가 있었으며, 이는 수당 1차지경수의 감소에 의한 것이 아니라 단위면적당 수수의 감소에 의한 것이었다. 3. 수당 2차지경 분화수는 질소 12-18kg/10a까지는 시비량의 증가에 따라 다소 증가하는 경향이었으나, 2차지경 퇴화수는 분화수가 많아짐에 따라 증가하여 수당 2차지경수는 질소 시비량에 따른 차이는 작았다 생식생장기의 차광처리에 의해 수당 2차지경분화수에는 차이가 없는 반면, 퇴화 2차지경수에는 큰 차이가 있었다. 단위면적당 2차지경수는 질소시비량이 18kg/10a까지 증가함에 따라 많아졌으나 분시방법에 따른 차이는 없었으며, 차광처리에 따라 유의하게 감소하였다. 4. 단위면적당 영화수는 18-24 kg/10a까지는 질소시비량 증가에 따라 증가하였으나 그 이상에서는 더 이상 증가하지 않았고, 분시방법간에는 차이가 없었다 생식생장기 차광에 의해 단위면적당 영화수가 감소되었는데, 유수분화기후 30일간의 차광처리에서 가장 컸고, 수잉기 15일 차광처리에서 감소정도가 가장 적었다. 5. 단위면적당 영화수의 변이에는 영화수 구성요소중 단위면적당 수수와 2차지경상의 영화수의 변이가 기여하는 정도가 가장 컸으며, 1차지경의 기여도가 가장 적었다.
본 연구에서는 간척지와 같은 염류집적 토양에서 재배가 가능한 사료용 벼 품종 개발을 위해 자포니카 우량품종 목양과 내염성 인디카 품종 IR64-Saltol 교배 계통으로부터 기내 선발 방법과 분자마커 분석을 통해 내염성 증진 계통을 선발하였고, 연구결과는 다음과 같다. 1. 목양과 IR64-Saltol 품종에 다양한 농도의 NaCl을 처리하여 신초 길이, 근장 및 생체중의 변화를 분석한 결과, 목양은 IR64-Saltol과 비교하여 50 mM NaCl 농도에서 신초 길이, 근장 및 생체중이 심한 생육 저해를 보였다. 2. 목양과 IR64-Saltol 교배 54계통 224개체를 이용하여 기내 선발 방법을 통해 50 mM NaCl 처리 후 목양 대비 신초 길이, 근장 및 생체중이 양호한 5계통(767883, 767885, 767949, 767986, 767989)을 선발하였다. 3. 내염성 관련 양적형질인 Saltol QTL의 유래를 확인하기 위한 분자마커 분석 결과와 표현형 결과를 비교하여 IR64-Saltol에서 유래된 Saltol QTL이 이입된 계통들은 목양 유래 Saltol QTL이 혼재된 계통들과 비교하여 염 스트레스 시 신초 길이, 근장 및 생체중이 양호함을 확인하였고, 따라서 IR64-Saltol 유래 Saltol QTL의 이입이 내염성을 증진시킨 것으로 판단된다. 4. 내염성 관련 핵심 유전자인 SKC1 발현은 염 처리 후 목양 대비 선발된 5계통 모두에서 높은 발현양을 보이나 목양 유래 QTL이 혼재된 2계통보다 IR64-Saltol QTL만 전이된 3계통에서 보다 높은 발현양을 보였다. 이러한 SKC1의 발현 양상이 선발된 계통들의 내염성에 관여할 것으로 판단된다. 5. 이상의 결과 기내 선발과 분자마커 분석을 통해 선발한 내염성 계통은 간척지와 같은 불량한 환경에서 작물 재배 및 생산이 가능한 내염성 품종 개발의 육종 소재로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 유전자의 확대와 집적을 통해 벼 흰잎마름병균 K3a에 대응하는 저항성 계통을 육성하였고 육성계통에 대한 육종과정, 병 저항성반응을 분석하여 저항성 계통의 기초자료와 재배 효과를 제공하여 우수한 벼 흰잎마름병 저항성 품종 개발에 활용하고자 실험을 수행하였다. 벼 흰잎마름병 저항성 Xa3 유전자를 가지고 있는 중만생 자포니카 품종 황금누리를 반복친으로, Xa21 유전자를 가진 중만생 인디카 근동질유전자계통 IRBB21을 수여친으로 인공교배 후 3번 여교배하여 ABLs21을 얻었다. 생물검정과 분자표지검정을 활용하여 저항성 유전자 Xa3, Xa21이 집적을 확인하였다. ABLs21이 보유한 저항성 유전자는 분자표지 9643.T4 (Xa3), U1/I1 (Xa21)로 PCR 한 결과 모두 증폭되어 저항성 유전자를 가지는 것으로 확인되었다. ABLs21과 모부본의 벼 흰잎마름병 레이스에 대한 저항성 반응은 황금누리, IRBB3가 K1, K2, K3 레이스에 저항성 반응을 보였지만 K3a, K4, K5에는 감수성 반응을 나타냈다. IRBB21은 K1에 감수성 반응이었고 K2~K5에는 저항성 반응이었다. K3a 레이스 균주 접종 시 유묘단계에서 황금누리, IRBB21, ABL21-1, 분얼단계에서 황금누리, IRBB21, 성체단계에서 황금누리가 감수성 반응이었다. ABL21-1은 분얼단계에서 중도저항성을, 성체단계에서 저항성 반응을 나타냈다. K3a 레이스 18개 균주 접종 결과 ABL21-1은 각각의 수여친보다 병반길이와 표준편차가 작아 안정적인 저항성을 보여주었다. 18개 균주 각각의 반복간 병반길이의 유의차는 없어 균주의 병원성은 안정적이었으며 군집분석 결과 HB4032 균주의 병원력이 가장 큰 것으로 나타났다. ABLs21의 분자표지 다형성은 63.2%이며 평균 86.1 cM의 염색체단편이 이입되었다. ABLs21의 Xa21 유전자 부위로 추정되는 곳에 수여친의 염색체단편 이입이 일어났다.
수도재배(水稻栽培)(유수형성기(幼穗形成期)) 포장(圃場)에 자생(自生)하고 있는 잡초(雜草)와 벼(복광(福光)벼) 및 두과작물(荳科作物)의 근계(根系)에 협생(協生)하는 질소고정미생물(窒素固定微生物)인 Azospirillum 속(屬)의 질소고정력(窒素固定力)의 발현양상(發現樣相)과 숙주별(宿主別) 이들 균(菌)의 분포(分布)를 조사(調査)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 벼, 잡초(雜草) 및 두과작물(荳科作物)의 근계(根系)(근표면(根表面), 근조직내부(根組織內部))에 협생질소고정미생물(協生窒素固定微生物)인 Azospirillum 속(屬)이 널리 공존(共存)하고 있었다. 2. 근조직내부(根組織內部)(inner root solutions)에서 Azospirillum spp. 균(菌)이 발현(發現)한 질소고정력(窒素固定力)은 16~53 n mole/tube hr의 범위(範圍)였으며, 특(特)히 돌피, 바람하늘지기 및 물닭개비의 근계(根系)에서 높은 질소고정력(窒素固定力)을 보였다. 3. 작물근계별(作沕根系別)로 Aaospirllum속(屬)의 질소고정균(窒素固定菌)을 계대배양(繼代培養)하였을 때의 질소고정력(窒素固定力)은 근조직내부(根組織內部)(histosphere; 6~39 n mole/tube hr) 보다 근표면(根表面)(rhizoplane; 1~260 n mole/tube hr)에서 분리(分離)한 균주(菌株)가 높은 질소고정력(窒素固定力)을 보였으며, 벼, 바람하늘지기, 물닭개비 및 콩 등(等)의 근표면(根表面) 분리균주(分離菌株)는 100 n mole/tube hr 이상(以上)으로 현저(顯著)히 높은 질소고정력(窒素固定力)을 나타내 있다. 4. 화본과작물(禾本科作物)(벼, 돌피), 알방동사니 및 자귀풀(근표면(根表面), 근조직내부(根組織內部))에서는 A. brasilense의 협생질소고정균(協生窒素固定菌)이 우점(優點)하였고, 그 외(外) 작물근계(作物根系)는 A. lipoferum과 A. brasiilene의 양균(兩菌)이 상호(相互) 협생(協生)하고 있었다. 한편(便) A. brasilense 균(菌)중에는 $nir^+$(탈질형균(脫窒型菌))와 $nir^-$(비탈질형균(非脫窒型菌))의 양특성형균(兩特性型菌)이 동일숙주내(同一宿主內)의 근계(根系)에 공존(共存)하였다. 5. 공시작물(供試作物) 근계(根系)에서 분리동정(分離同定)한 Azospirillum spp. 의 협생질소고정균(協生窒素固定菌)을 현미경(顯微鏡)으로 형태(形態)를 관찰(觀察) 한 결과(結果), A. lipoferum와 A. brasilense의 양균(兩菌)은 S자(字)모양의 간균(桿菌)으로 양극편모(兩極鞭毛)(single polpr flagellum)을 갖고 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
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제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
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제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.