세균성 무름병 균[Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum (Pcc)]에 의해서 일어나는 무름병은 아시아 국가에서 재배되는 무에 있어서 심각한 질병 중의 하나로 알려져 있다. 이번 연구의 목적은 상업적으로 시판되는 무 품종의 세균성 무름병의 저항성에 대한 효율적인 생물검정법을 확립하고자 하였다. 첫째, 무 품종에 대해 세균성 무름병의 효율적인 생물검정 방법을 조사하였다. 6개의 무 품종을 다양한 조건[두 가지 온도(25℃와 30℃), 3가지 접종방법(관주, 분무, 침지), 두 발생단계(2와 4잎 단계)]으로 조사하였다. 연구 결과는 무름병균 1×106 cfu/ml 농도를 분무한 4잎 단계와 30℃에서 배양한 생물검정 방법이 무 품종에 대해 가장 효율적인 방법임을 알 수 있었다. 둘째, 41개의 무 품종에 5가지 세균(KACC 10225, KACC 10343, KACC 10421, KACC 10458, KACC 13953)을 접종하여 저항성을 조사하였다. KACC 10421가 세균성 무름병의 감수성 및 저항성 질병 정도를 가장 잘 나타냈다. 41개의 무 품종 중 13개는 무름병 균에 대해 중도 저항성을 나타냈고 28개는 감수성을 나타냈다. 이 연구에서 중도저항성 무 품종은 세균성 무름병 저항성 육종을 위한 저항성 자원으로 활용 가능하고 육종가, 농민, 연구자, 최종 소비자에 의해서 다양한 목적을 위해 사용 가능할 것으로 사료된다.
오이 노균병에 대한 저항성 품종을 선발하고자 자연발병되는 노지와 비닐하우스 내에서 봄 재배기간과 가을재배기간에 병 발생을 조사하여 모든 시험조건에서 낮은 발병을 보이는 8품종(흑룡삼척, 흑금솔삼척, 강력삼척 포함)을 저항성 품종으로 선발하였다. 저항성 정도를 평가하고자 이들 3품종(흑룡삼척, 흑금솔삼척, 강력삼척)을 선발하고 3종의 감수성 품종을 대조로 하여 비닐하우스 조건에서 발병 후 경과일수 별 병 진전 정도를 조사하여 병반하면적(Area under disease progress curve, AUDPC)을 산출한 결과, 감수성 품종에서는 286.7-290.3 범위의 높은 값을 보인 반면 저항성 품종에서는 10.9-23.6 범위의 낮은 값을 보여 감수성 품종에 비해 저항성 품종에서 병 진전이 현저히 억제됨을 확인하였다. 결과적으로 선발한 3종의 저항성 품종은 발병이 낮음을 확인하였다. 오이 저항성 품종 재배에 따른 유기농업자재 대체효과를 조사하기 위하여 비가림 시설 내에서 저항성 품종을 대비로 하여 감수성 품종을 공시하여 유기농 재배시 많이 사용되는 보르도액, 황토유황합제, 코사이드를 각각 1회, 2회, 3회 처리한 결과, 저항성 품종을 재배하는 것이 감수성 품종에 유기농업자재를 처리한 그 어떤 처리보다 노균병 발생이 현저히 적었다. 저항성 품종 및 유기농업자재 처리에 따른 오이 노균병 병 진전 억제효과를 평가하기 위하여 발병정도를 조사하여 병반하면적을 산출한 결과, 저항성 품종재배 시험구의 병반하면적값은 10.6인 반면, 감수성 품종에 석회보르도액처리구, 석회황합제처리구, 마늘추출액처리구 및 무처리구에서는 각각 3.5, 95.6, 24.9, 254.0을 나타냈다. 이상의 결과를 근거로 저항성 품종 3종 (흑룡삼척, 흑금솔삼척, 강력삼척) 및 석회보르도액은 농가에서 노균병 방제를 위하여 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
수도 흰빛마름병 이병엽과 Kresek 발병주로부터 분리한 I균군(각5균주), II균군(각4균주)의 18균주를 "밀양23호"및 "유신" 품종 5엽기의 전개엽에 침접종한후 수도체내에서의 균증식과 병반장율 및 Kresek 발병율을 비교조사하여 균주간차이를 비교하였고, 밀양23호외28품종에 대해 II, IV균군을 사용하여 침접종및 근단접종법으로 품종간 저항성을 조사한 결과 1. 각균주간 수도체내에서의 증식은 큰 차이를 볼수 없었으나 "Kresek"발병주로부터 분리된 균주가 병반장률이 약간 높은 경향을 나타내었다. 2. Kresek 발병은 흰빛잎마름병 이병주에서 분리한 균주와 "Kresek"발병주로부터 분리한 균주간에는 아무런차이를 인정할수 없었고, 모두 발병을 볼수있었다. 3. Kresek에 대한 품종저항성에서는 흰빛잎마름병의 저항성반응과 비슷한경향을 나타내고 있으나 Wase Aikoku 품종군에서도 발병을 볼수있었다. 4. 황옥품종군인 "IR20"은 Kresek에라해 고도의 저항성반응을 나타내었다. 5. 접종반응으로는 근단접종법에서 침접종법에 비해 더욱 많은 발병율을 볼수있었다.
Ralstonia solanacearum (Rs)에 의해 유발되는 풋마름병은 감자 재배 시 발병하는 주요 병 중의 하나이다. 감자에서 풋마름병 저항성관련 유전자를 찾기 위해 기존에 기능이 알려진 다른 가지과 작물의 기능 유사 유전체를 이용하여 StACRE (HM749652) 유전자를 분리하고 염기서열을 분석하였다. 분리한 StACRE의 발현양상을 분석하기 위해 병 저항성 유도 신호전달 물질인 SA와 풋마름병원균 Rs (KACC10722)를 처리한 감자에서 RNA를 추출하여 RT-PCR을 실시한 결과 이 유전자는 SA 처리에 의해 3시간 후부터, Rs에 의해서는 12시간 후부터 발현이 현저하게 증가하였다. 따라서, 감자에서 이 유전자의 생물학적인 기능을 분석하기 위해 Gateway System을 이용하여 과발현용 vector를 만든 후 과발현 형질전환 감자를 제작하고 풋마름병균인 Rs를 접종하여 병 저항성 기능을 검정 한 결과 대조구인 수미 감자에 비해 병 저항성이 증대하였다.
본 연구는 벼흰잎마름병 저항성유전자 Xa1, Xa 3 및 Xa7을 가진 단인자 근동질 유전자계통에 일본의 대표균주(T7174, T7147, T7133)를 단독 및 혼합 접종하여 친화적 및 비친화적 균주의 상호작용에 따른 벼흰잎마름병 발병도에 미치는 영향을 조사하였다. Xa1 유전자를 갖는 IRBB 101 계통은 벼의 생육기간 전반에 걸쳐 T7147와 T7133 균주에는 친화적 관계로, T7174 균주에는 비친화적 관계로 작용하였다. Xa3 유전자를 갖는 IRBB 103 계통은 유묘기에서는 3 균주가 친화적 관계로 반응하였으나 출수기에 비교적 안정된 저항성을 나타냈다. Xa7 유전자를 갖는IRBB 107은 유묘기 접종에서는 3 균주가 비친화적 관계에 유사한 반응을 나타냈고, 최고분얼기 접종에서는 대부분 저항성으로 반응하였으며, 출수기에는 모두 강한 저항성으로 반응하여 비친화적 관계로 변화하였다. 친화적 균주와 비친화적 균주의 혼합접종에서는 비친화적 균주의 혼합비율이 증가할수록 병반장이 감소하는 경향 이였고, 친화적 및 비친화적 관계가 확실치 않는 경우는 병반장의 변화가 거의 없었다. 친화적 균주의 혼합접종에서는 친화적 균주의 단독 접종보다 대체로 병반장이 증가하는 경향이었으나, 비친화적 균주의 혼합접종에서는 단독 접종과 유사한 반응을 나타내어 병반장의 변화가 적었다. Xa7 유전자를 갖는 IRBB 107 계통은 벼의 생육기간동안 사용된 3 균주 모두에 저항성으로 반응하여 가장 안정된 저항성원인 것으로 판단된다.
식물 바이러스는 작물 생산량 손실을 일으키는 주요 병원체 중 하나로, 돌연변이 발생이 빈번하고 치료 약제가 개발되어 있지 않아 방제가 매우 어렵다. 이러한 바이러스병을 방제하기 위한 가장 효과적인 방법은 저항성 품종을 재배하는 것이며, 바이러스 저항성 품종을 개발하기 위해서는 바이러스와 기주 식물 간의 다양한 유전자적 상호작용에 대한 정확한 이해가 필요하다. 열성 저항성은 병원체가 살아가는데 필요한 식물 유전자가 결핍되었을 때 획득되는데, 저항성 유전자(R gene)에 의해 유도되는 우성 저항성에 비해 넓은 범위의 저항성을 발현하고 돌연변이 출현에 쉽게 저항성이 깨지지 않는 특성을 보인다. 현재까지 알려진 바이러스병에 대한 열성 저항성 유전자는 대부분 순행유전학(forward genetics)를 통해 밝혀졌으나, 최근 CRISPR/Cas9 등을 이용한 유전자 교정 기술의 급속한 발전에 힘입어 역유전학(reverse genetics)을 통한 열성 저항성 작물개발의 가능성이 열리고 있다. 이러한 역유전학적 접근을 통한 열성 저항성 작물 개발은 먼저 바이러스 단백질과 상호작용하는 기주 인자를 밝히고 이들간의 상호작용을 억제하도록 하는 기주 인자에 대한 유전자 교정을 통해 이루어 질 수 있다. 본 논문에서는 열성 저항성에 대한 소개와 새로운 열성 저항성 후보 유전 소재 발굴을 위한 기주 인자 연구의 중요성 및 방법을 소개하고, 열성 저항성 작물 개발에 적용할 수 있는 유전자 교정기술의 최신 동향에 관해 정리하였다.
벼 벼잎집무늬마름병에 대한 저항성 품종 육성에 이용할 유전자원을 탐색하기 위하여 주요 농업적 특성 및 벼잎집무늬마름병 저항성 검정 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 40개 벼 유전자원의 주요 농업적 특성은 파종 후 출수까지 일수는 62일에서 112일까지 분포하였고 간장은 최소 59 cm에서 129 cm 범위에 분포하였으며, 이삭길이는 가장 짧은 품종은 PL3212가 17 cm, 가장 긴 품종은 Moroberekan가 29 cm이었다. 수량 구성요소 중 수수는 최소 5개에서 최대 15개 범위에 분포하였고, 수당립수는 최저 77개에서 최고 240개 범위에 분포하였다. 현미천립중은 평균 22.1 g으로 최저 13.6 g인 소립종에서 최고 29.3 g의 대립종까지 분포하였다. 2. 인디카형 조생종 1품종, 중생종 8품종, 중만생종 10품종 및 만생종 2품종에 대해 벼잎집무늬마름병에 의한 평균 병반형성비율은 각각 27.2, 45.3, 58.1 및 36.0%이었다. 자포니카형 조생종 5품종, 중생종 1품종, 중만생종 1품종 및 만생종 1품종의 벼잎집무늬마름병에 의한 평균병반형성비율은 각각 48.8, 34.2, 56.9 및 69.0% 이었고, 통일형 품종은 중생종과 중만생종 각각 2품종의 평균 병반형성비율이 32.0 및 28.9% 이었다. 3. 인디카형 중만생 품종 IR579-Es44와 IR64, 통일형 중생종 가야벼와 중만생종 아름벼 등 4품종은 벼잎집무늬마름병균 KACC No. 40101에 의한 병반형성비율이 22.9~27.2%로 중도저항성 반응을 보였다. 4. 벼잎집무늬마름병에 대해 중도 저항성을 나타낸 IR579-Es44, IR64, 가야벼 및 아름벼는 흰잎마름병에 대해 저항성이고 아름벼를 제외한 나머지 품종은 도열병에도 저항성을 보였으며 특히 간장이 작아 도복의 위험이 적고 기타 농업적 특성이 우수한 IR579-Es44, 가야벼, IR64는 각각 조생종, 중생종, 중만생 등 숙기별로 벼잎집무늬마름병 저항성 품종을 육성하는데 활용할 가치가 높을 것으로 생각된다.
'해품'은 농촌진흥청 국립식량과학원에서 우리나라 중만생종에 편중된 벼 농사의 문제점을 완화하여 수확기 노동력 분산, 수확 후 관리의 유연성 확보, 이모작 재배의 확대를 위해 품질, 수량, 재배안정성이 향상된 중생종 벼 품종을 개발하고자 육성되었다. 벼흰잎마름병 저항성 고품질 '익산493호'(품종명 '진백')를 모본으로 하고 복합내병충성 '익산495호'('다청')와 단간 내 도복 직파적응성 '익산496호'('중모1005')를 교배한 F1을 부본으로 삼원교배한 F1을 약배양하여 계통육성과정, 생산력 검정시험 및 지역적응성 검정시험을 거쳐 육성되었다. '해품'은 보통기보비재배에서 평균 출수기 8월 11일로 '남평'에 비해 3일 정도 빠른 중생종이다. '해품'은 간장이 73 cm로 '남평'보다 8 cm 작은 단간 품종으로 도복에 안정적인 특성을 나타내며, '남평'과 비슷한 내수발아성을 갖추고 있어 중생종 품종의 남부평야지 재배 시 수발아 피해를 경감시키는데 도움을 줄 것으로 생각된다. '해품'은 벼흰잎마름병 저항성 유전자 Xa3과 xa5 두 개가 집적되어 있어 병원성이 강한 벼흰잎마름병균 K3a균계까지 저항성이며 줄무늬잎마름병에 강하고 도열병에 중도저항성을 나타내는 복합 내병성 품종이다. '해품'은 중만생종에 비해 수확기가 빠른 중생종임에도 보통기 보비재배에서 '남평'과 비슷한 수량성을 나타냈으며, 이모작 재배시험에 적용 가능한 수량성을 나타냈다. '해품'은 쌀의 외관품위가 좋고 밥맛이 우수하여 최고품질 품종에 선정되는 등 중생종 품종 및 벼흰잎마름병 저항성 품종의 품질 향상에 기여하였다. '해품'은 최고품질에 적정수량성을 확보하고 있으며 내수발아성, 벼흰잎마름병 저항성 등 재배안정성이 향상된 중생종 품종으로 남부평야지 및 벼흰잎마름병 발병상습지 재배에 적합하다(품종보호권 등록번호: 제6068호, 2016. 5. 3.).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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