Development of Near-Isogenic Line of japonica Rice Cultivar Saenuri without Lipoxygenase-3

새누리 벼 품종 배경 lipoxygenase-3 결핍 자포니카 근동질계통 개발

It is reported that the absence of lipoxygenase-3 (LOX-3) may contribute to a reduction in stale flavor after the storage of rice. To improve the quality of stored rice of the Korean japonica rice cultivar, we conducted a breeding program to develop near-isogenic rice without LOX-3 in the genetic background of Saenuri, a mega variety of Korea. In the first step of the breeding program, we used a donor parent of LOX-3 null, Daw Dam, and a recurrent japonica parent, Sindongjin, to develop HR27873-AC12 by backcross (BC₁), color test for introgression of lox-3, and anther culture for rapid fixation. In the second step, we used the donor parent, HR27873-AC12, and the recurrent parent, Saenuri, to develop HR28896-31-3-1-1 by backcross (BC₁), marker-assisted selection (MAS) for lox-3, and phenotypic selection (PS) for agronomic traits. Finally, in the third step, we developed HR30960-186-2-1-2-1 (Jeonju624), derived from a cross between Saenuri and HR28896-31-3-1-1, by MAS for lox-3 and PS with high selection pressure for agronomic characteristics. Jeonju624 was confirmed with the introgression of lox-3 by molecular marker. Jeonju624 was a mid-late maturing rice with similar agronomic characteristics to Saenuri, lodging tolerance with short culm, erect plant architecture, and resistance to bacterial blight and rice stripe virus. The yield components of Jeonju624 were mostly similar to Saenuri, except for the 1,000-grain weight of brown rice. The appearance of the grain of Jeonju624 was better than that of Saenuri, and the characteristics of cooked rice were similar to those of Saenuri. In the genetic background analysis using 406 KASP (Kompetitive Allele-Specific PCR) markers, Jeonju624 was confirmed to be the near-isogenic line (NIL) of Saenuri with a 95.8% recovery rate. Jeonju624 is the NIL of Saenuri without LOX-3, and overcomes the linkage drag of Daw Dam with similar agronomic characteristics and genetic background to Saenuri. Jeonju624 can be utilized as a practical cultivar to improve the quality of stored rice, breeding material for the introgression of lox-3, and genetic material to elucidate the effect of introgressed genes.

벼의 Lipoxygenase-3 (LOX-3) 결핍은 벼의 저장 후 고미취 발생 저감에 효과가 있는 것으로 보고되었다. 우리나라 밥쌀용 품종의 저장 후 품질 향상을 위해 대면적 재배품종인 새누리 유전배경에 LOX-3가 결핍된 자포니카 근동질계통 개발을 위한 육종사업이 수행되었다. 1차 육종단계에서는 다우담을 LOX-3 결핍 수여친으로 활용하여 신동진과 1회 여교배 후 발색반응을 통해 LOX-3 결핍 계통을 선발하였고 약배양을 통해 조기에 고정계통 HR27873-AC12를 육성하였다. 2차 육종단계에서는 HR27873-AC12를 LOX-3 수여친으로 하고 새누리를 반복친으로 하여 1회 여교배 후 분자표지 선발과 농업형질에 대한 표현형 선발을 통해 HR28896-31-3-1-1 (이하 HR28896)를 선발하였다. 1, 2차 단계에서 육성된 HR27873-AC12와 HR28896 계통은 LOX-3가 결핍되어 있으나 재배품종으로 활용하기에는 열악형질이 수반되어 있었다. 3차 육종단계에서 HR28896계통과 새누리를 다시 교배하여 분자표지 선발과 표현형에 대한 강한 선발압을 적용하여 최종적으로 BC₂F₇세대 HR30960-186-2-1-2-1를 선발하여 전주624호로 계통명을 부여하였다. 분자표지 검정 결과 전주624호는 LOX-3가 결핍된 것으로 확인되었다. 전주624호는 중만생종으로 단간 내도복 직립초형에 벼흰잎마름병 및 줄무늬잎마름병에 저항성 계통으로 새누리와 농업형질 특성이 비슷하였다. 전주624호의 수량구성요소는 새누리와 대부분 같았으나 현미 천립중이 유의하게 감소하였고 수량성은 다소 낮았다. 전주624호의 외관품위는 새누리에 비해 좋았고 식미 특성은 비슷하였다. 406개 KASP 마커를 이용한 유전배경 분석 결과 전주624호는 새누리의 유전배경을 95.8% 회복하여 근동질계통으로 판단되었다. 전주624호는 새누리 품종 배경의 LOX-3가 결핍된 자포니카 근동질계통으로 최초 수여친인 다우담의 열약 형질 수반문제를 극복하였으며 새누리와 비슷한 농업형질 특성과 유전배경을 가지고 있어 저장 후 품질 향상을 위한 실용적인 재배품종, lox-3 도입을 위한 교배모본 및 유전자 효과 구명을 위한 유전재료로 활용될 것으로 기대된다.