1981년 전북고창, 전남영광, 경북달성, 경남진양 지역에서 참깨병해의 발생과 피해를 조사한 결과 참깨역병의 피해가 가장 심하였다. 참깨역병의 발생은 포장에 따라 차이가 컸으며 발병이 심한 포장에서는 발병주율이 $61\%$나 되었다. 참깨역병을 일으키는 병원균 Phytophthora spp.는 유주자낭의 형태적특성과 참깨에 대한 특이적인 병원성에 의하여 Phytophthora nocitianae var. parasitica (Dastur) Waterhouse로 동정되었다. 참깨역병의 병징은 줄기가 암갈색으로 변색, 부패되어 식물체가 도태고사하는 특징을 보였다.
두릅나무는 낙엽활엽수로 맛과 향이 독특하여 어린순은 나물, 찜, 튀김 등 식용으로 뿌리는 관절염, 위암, 당뇨병, 감기, 두통 등의 약용으로 쓰이는 봄철 대표적인 생물자원이며, 재배하기도 비교적 수월하고 재배를 통해 높은 소득을 올릴 수 있는 유망한 특용수종이다. 하지만 야생상태에서는 크게 문제가 되지 않았으나, 재배면적이 늘어나고 집단적으로 재배하면서 역병 피해가 발생되어 두릅나무에 큰 장애 요인으로 발생되고 있는 실정이다. 역병은 토양전염성 병해로 약제 방제가 어렵고, 병이 발병되면 치료가 거의 불가능한 병해로 특히, 병이 발생되지 않도록 관리에 신경을 써야한다.
역병(Phytophthora capsici)과 세균성점무늬병(Xanthomonas euvesicatoria)에 복합저항성인 핵유전형 웅성불임계(Genic male sterile line, GMS)를 육성하기 위하여 역병 저항성 핵유전형 웅성불임계에 역병-세균성점무늬병 복합저항성 계통을 교배하여 작성한 조합의 $F_3$와 $F_4$ 세대에 대하여 두 가지 병에 대한 저항성 선발을 실시하였다. 역병 저항성은 잘 알려져 있는 KC294(CM334)와 KC263(AC2258)에서 도입하고, 세균성점무늬병 저항성은 KC47(PI24467)에서 도입되었다. 역병에 고도의 저항성을 지닌 GMS 계통이 얻어졌으며, 이들은 세균성점무늬병에도 양적으로 저항성을 나타낼 것으로 기대된다.
칠성초에 역병 저항성을 도입한 칠복1호에 베트남 도입 풋마름병 저항성 계통을 교배하여 육성한 $F_2$ 및 $BC_1F_1$에서부터 $F_4$ 및 $BC_1F_3$까지 역병-풋마름병 복합 저항성 선발을 2009년도와 2010년도에 걸쳐 수행하였다. 매 세대 역병을 접종하여 저항성을 평가하여 선발하고 선발개체에 풋마름병을 접종하여 감염되는 개체는 도태하였다. 역병에 대한 저항성은 선발과 함께 현저히 향상되었으며, 선발계통들은 역병 저항성으로 판매되고 있는 교배종 '무한질주'와 비슷한 수준의 저항성을 나타내었다. $BC_1F_2$ 선발개체를 칠복CMS-A라인에 교배를 하여 $F_1$의 임성을 보고 화분친의 CMS-Rf유전자형을 검정하였다. 대부분Nrfrf로 고정되고, 칠복 ${\times}$ KC995, 칠복 ${\times}$ KC1009 조합의 일부 개체가 이형(heterozygote) 상태인 것으로 확인되었다.
고추역병 다발생 포장에서 녹비작물인 호밀재배에 따른 토양환경 변화와 고추역병 경감 효과를 조사하였다. 토양 물리성을 분석한 결과에서는 호밀재배에서 용적밀도와 공극률이 증가하였다. 또한, 토양 삼상의 분포는 고상에서는 관행재배와 차이가 없었으나, 기상은 관행재배 보다 증가하고 액상은 감소하였다. 토양 내 인지질 지방산을 추출하여 지표 지방산으로 분석한 미생물 군락의 상대밀도는 호밀재배에서 유의성 있게 증가하였으며, 호기성균/혐기성균의 비율의 비율도 호밀재배에서 높게 나타났다. 환경스트레스 지표인 포화지방산/불포화지방산 비율과 cyclo-지방산/전구체 비율은 호밀재배가 관행재배 보다 낮아 토양환경이 개선 된 것으로 나타났다. 호밀재배에 따른 고추역병의 경감효과를 조사한 결과 호밀재배가 관행재배 보다 30.7% 낮은 발병률을 나타냈다. 이상의 결과를 요약해볼 때, 고추역병 다발생 포장에서 녹비작물인 호밀재배는 토양환경을 개선하고 고추역병 발병을 감소시킬 것으로 사료된다.
고추 역병은 그 동안 우리나라 고추 생산에 있어서 심각한 수량감소의 피해를 주어 왔으며, 2004년 처음으로 고추 역병 저항성 품종이 보급되기 시작하면서, 국내 건고추 육종에 있어서 역병 저항성의 도입은 필수불가결한 것으로 되었다. 그러므로 저항성 식물체 선발의 정확성 제고 및 육종의 효율 향상을 위하여 역병 저항성과 연관된 분자표지의 개발이 요구된다. 지금까지 고추 역병 저항성 주동 유전자에 연관된 분자표지가 일부 개발되어 있지만, 부분적으로 밖에 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 역병 저항성 소재에 상관없이 저항성을 구별해 낼 수 있는 분자표지를 개발하고자 하였다. 이를 위해 '수비초' ${\times}$ 'CM334' 조합의 $F_2$ 분리집단($SF_2$)과 역병 저항성 시판 $F_1$품종('독야청청')을 자가수정한 $F_2$ 분리집단($DCF_2$)을 만들었다. BSA-AFLP 방법으로 총 1,024 프라이머 조합을 사용하여 역병 저항성과 연관된 세 개의 AFLP 분자표지(AFLP1, AFLP2 및 AFLP3)를 선발하였으며, 이를 CAPS 분자표지(M1-CAPS, M2-CAPS 및 M3-CAPS)로 전환하였다. 이 중 M3-CAPS 분자표지를 10개의 역병 저항성 계통, 14개의 이병성 계통, 'CM334'를 화분친으로 사용한 5개의 $F_1$ 조합, 그리고 53개의 시판 $F_1$ 품종에 적용해 본 결과, 역병 저항성 표현형과 M3-CAPS 분자표지의 마커형이 잘 일치하였고, P5-SNAP과 Phyto5.2-SCAR 분자표지보다 높은 실용성을 보이는 결과를 얻었다. 따라서, M3-CAPS 분자표지는 역병 저항성 고추 계통 육성에 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다.
본연구는 파프리카의 양액재배시 온도와 급액의 농도가 역병균의 생장과 유주자낭 형성에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 순수 분리된 역병균의 균학적 특징에는 격막이 존재하지 않았으며 역병균의 전형적 특징인 유주자낭이 형성되는 것을 관찰하였다. 온도조건에 따른 역병균의 균사생장은 $25^{\circ}C$에서 가장 왕성하였으며, $20^{\circ}C$, $30^{\circ}C$ 그리고 $15^{\circ}C$ 순으로 나타났다. 급액의 농도에 따른 역병균 균사의 생장은 EC 0.5에서 1.5까지 점진적인 증가를 보였으며, EC 1.5에서 가장 빠르게 생장하는 것으로 나타났다. 반면 EC 2.0에서부터 감소하여 EC 3.5 이상에서는 균사가 전혀 생장하지 않는 것으로 확인되었다. EC 농도에 따른 역병균의 유주자낭 형성 정도는 급액의 EC 농도가 높을수록 유의성 있게 감소하였으며 EC 4.0에서는 가장 억제되었다.
유기물(有機物)의 시용(施用)이 고추역병의 발생에 미치는 영향을 조사하기 위하여 폿트시험을 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 고추역병의 억지에 대한 유기물시용의 효과는 기온이 높은 여름보다는 가을시용이 효과적이었다. 또, 유기물의 종류별(種類別)로는 퇴비류(堆肥類)보다는 신선유기물(新鮮有機物)인 볏짚의 시용효과가 컸다. 2. 토양미생물상(土壤微生物相)에 대한 유기물시용(有機物施用)의 영향(影響)은 특히 볏짚시용에서 가장 커서 사상균(絲狀菌) 및 세균수(細菌數)의 증가가 현저하였다. 3. 가을 1작기(作期)의 토양의 고추 역병균(疫病菌) 조사결과 유기물 무시용구 및 퇴비류 시용구에서는 고추재배 초기에는 역병균을 분리할 수 없었으나 시기가 경과함에 따라서 역병균이 검출되었다. 볏짚 시용구에서는 재배 초기에는 역병균이 검출되었으나 재배중기 이후에는 검출되지 않았다. 이러한 현상은 볏짚과 퇴비류가 토양중 역병균의 생존에 미치는 영향이 다른데에 기인하는 것으로 생각되었다. 4. 각 처리구의 사상균을 분리 동정한 결과 시용한 유기물의 종류에 따라 현저한 차이가 인정되었다. 5. 볏짚시용구의 전사상균수(全絲狀菌數)에 대한 길항사상균수(拮抗絲狀菌數)의 비율은 다른 처리구에 비하여 매우 높은 것으로 나타났다.
고추 역병을 야기하는 Phytophthora capsici 는 짧은 시간 내에 많은 면적에 피해를 주는 병으로 한번 발생하면 방제가 어려운 병으로 알려져 있다. 이러한 역병 곰팡이의 방제를 위하여 본 연구에서는 P. capsici의 염색체 복제 및 세포 골격 유지 등에 관여하는 단백질인 microtubule의 형성 저해를 유도하는 물질을 탐색하여 궁극적으로 고추역병 방제를 위한 연구를 진행하였다. 먼저 P. capsici alpha 및 beta tubulin을 E. coli BL21(DE3)에서 발현시켜 분리 정제하여 in vitro microtubule 형성을 확인하였다. P. capsici microtubule 형성 저해 metagenome clone 스크리닝을 위하여 경기도 수원의 여기산 토양에서 metagenome을 분리하여 library를 제작하여 Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) 방법을 이용하여 P. capsici microtubule 형성을 저해하는 화합물을 탐색하였다. In vitro 스크리닝에서 약 384개의 metagenome library에서 2종의 clone을 선택하여 고추작물에 직접 방제하여 역병균의 생장 억제를 확인하였다. 이는 차후 고추역병 방제제 개발에 있어 중요한 후보물질뿐만 아니라 metagenome library를 이용한 새로운 방법의 개발이라 사료 된다. 또한 in vitro 스크리닝에서 얻어진 2종의 metagenome clone의 염기서열을 분석하여 항역병 활성에 관련하는 DNA 서열을 확보하고 이를 응용하여 물질을 생산 할 경우, 현장에서 활용 할 수 있는 효과 큰 친환경 천연고추역병 방제제로서의 개발 가능성을 가진다는 점에서 본 연구결과는 매우 의미 있는 결과라 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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