Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2019.04a
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pp.32-32
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2019
Mutation breeding is the useful tool to improve agronomic traits in various crop species. Soybean is most important crop and is rich in protein and oil contents. Despite of the importance as economic value and various genetic resource of soybean, there have been limited studies of genetic relationship among mutant resources through radiation breeding. In this study, the agronomical phenotype for selecting various genetic resources was evaluated in 528 soybean mutant lines. As a result, 210 soybean mutants with their original cultivars were selected with various traits. We named 210 selected lines as Mutant Diversity Pool (MDP). The genetic diversity and the relationship of the MDP were investigated using TRAP and TE-TRAP markers. In TRAP analysis, sixteen primer combination (PC)s were used and a total of 551 fragments were amplified. The highest (84.00%) and the lowest (32.35%) polymorphism levels were showed in PC MIR157B+Ga5 and B14G14B+Ga3, respectively. The mean of PIC values was 0.15 ranging from 0.07 in B14G14B+Sa12 to 0.23 in MIR157B+Sa4. Phylogenetic and population structure analysis indicated that the 210 MDP lines dispersed to four groups among the wild types and their mutants. The highest genetic diversity among populations was observed between lines Paldal and 523-7 (Fst=0.409), whereas the lowest genetic diversity was between population KAS360-22 and 94seori (Fst=0.065). AMOVA showed 11.583 (21.0%) and 43.532 (79.0%) variations in inter and intra mutant population, respectively. Overall, the genetic similarity of each intra mutant populations was closer than that of inter mutant population. A total of 408 fragments were amplified in the 210 MDP using twelve PCs of TE-TRAP markers that were obtained from a combination of three TIR sequence of transposable elements (MITE-stowaway; M-s, MITE-tourist; M-t, PONG). The highest (77.42%) and the lowest (56.00%) polymorphism levels were showed in PONG+Sa4 and PONG+Sa12, respectively. The mean of PIC values was 0.15 ranging from 0.09 in M-s+Sa4 and M-s+Ga5 to 0.21 in M-t+Ga5. AMOVA of M-s showed 2.209 (20%) and 8.957 (80%) variations in inter and intra mutant population, respectively. AMOVA of M-t showed 2.766 (18%) and 12.385 (82%) variations in inter and intra mutant population, respectively. AMOVA of PONG showed 3.151 (29%) and 7.646 (71%) variations in inter and intra mutant population, respectively. According to our study, the PONG had higher inter mutant population and lower intra mutant population. This mean was that for aspect of radiation sensitivity, M-s and M-t showed higher mobility than that of PONG. Our results suggest that the TRAP and the TE-TRAP markers may be useful for assessing the genetic diversity and relationship among soybean MDP and help to improve our knowledge of soybean mutation/radiation breeding.
A quantitative trait loci (QTL) analysis of traits related to heading and yield was performed develop rice cultivars that are both early maturing and panicle weight type varieties. Our analysis included 120 strains of the Cheongcheong Nagdong doubled haploid (CNDH) variety. An observational growth experiment was conducted to identify genetic agronomic traits of CNDH. Heading date, ten plant weight, moisture, thousand grain weight, and yield had a normal distribution based on the frequency distribution table of the observational growth data. The QTL analysis found one heading-related and nine yield-related QTLs. The LOD of 2.85 was the largest in QTLs for heading date (QHD), 5.39 in QTLs for ten plant weight (QTPW), 3.92 in QTLs for moisture (QM), 4.80 in QTLs for thousand grain weight (QTGW), and 3.7 in QTLs for yield (QY). Genomic analysis detected 58 candidate genes on chromosome 2, 3, 7, 8, and 10. Among those, we found Rcd1 protein and OsERF3 gene in QM, MtN3 and zinc finger protein genes in QTGW, and OsNAC3 protein gene in QY. If further analysis reveals the presence of genes related to water content, thousand grain weight or yield in the CNDH stains, we can develop a selection of varieties that will be capable of coping with climate change and will contribute to global food problems.
Bae, Ik Hyun;Kang, Han Sol;Jeong, Woo Jin;Ryu, Jae Hwang;Lee, Oh Hum;Chung, Hee
Korean Journal of Plant Resources
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v.34
no.5
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pp.478-490
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2021
We aimed to generate basic breeding data for melon (Cucumis melo L.). A total of 219 melon accessions conserved at the National Agrobiodiversity Center (NAC) in Rural Development Administration (RDA) were used in this study, of which 72 (33%) were collected from India. The majority of accessions showed orange (42%) and white (36%) flesh color. In addition to phenotypic evaluations, the accessions were genotyped using a molecular marker for the carotenoid biosynthesis gene CmOr. DNA fragments of the expected size were amplified in 205 out of 219 accessions. Digestion of the PCR products with HinfI restriction endonuclease showed 100% concordance between phenotype and genotype in green-fleshed accessions, but 98%, 97%, and 80% concordance in orange-, white-, and creamy-fleshed accessions, respectively. Sequence analysis revealed single nucleotide changes in the three positions of SNP1, SNP2 and SNP1int in the CmOr gene among accessions. These newly found alleles suggest that there are multiple mechanisms in determining fruit flesh color in melon. Also, the phenotype data of diverse accessions obtained in this study will be a valuable source for melon breeding.
The present study was conducted to investigate the variations in morphological traits, yield and yield-related components of rice cultivars exposed to different weather conditions by growing at the locations with different altitude but with equal latitude. Three Japonica varieties (Daegoldo, Jinheung, Shin #2) and three Tongil type semi-dwarf varieties(Josaengtongil, Suweon 287, wx 817-65-2-3) were seeded at Suweon on April 21 and transplanted at Suweon ($127^{\circ}$ N37 20', altitude 37m) and Jechun ($128.2^{\circ}$, N37 10', altitude 280-300m) on June 1 with the spacing of 30 $\times$ 15 em. The morphological traits, yield and yield-related components were measured. Culm length, paincle length and 1000-grain weight showed a little increase in Japonica varieties in Jechun as compared to those in Suweon and vice versa in semi-dwarf varieties, showing no significant differences. Number of panicles, per hill and number of spikelets per panicle among yield-related components showed remarkable increase in all varieties in Jechun as compared to those in 'Suweon but such inter-locational differences differed with varieties within varietal group and between varietal groups. On the contrary, grain fertility was higher in Suweon than that in Jechun and in Japonica varieties than that in semi-dwarf varieites , showing greater inter-locational difference in semi-dwarf varieties. Among Japonica varieties Jinheung and Shin #2 showed remarkable increase in yield in Jechun as compared to that in Suweon but in semidwarf varieties it was just the opposite. The importance of each of the yield-related component contributing to yield showed similar tendency 'regardless of locations in Japonica varieties. However, it was evidently different between locations in semidwarf varieties, where number of spikelets per panicle showed greatest direct effect on yield in Suweon but in Jechun so did grain fertility followed by the number of spikelets per panicle.
Wild relative species of domesticated crops are useful genetic resources for improving agronomic traits. Cytogenetic investigations based on chromosome composition provide insight into basic genetic and genomic characteristics of a species that can be exploited in a breeding program. Here, we used FISH analysis to characterize the ploidy level, chromosome constitution, and genomic distribution o f 5S and 4 5S r ibosomal DNA (rDNA) in four wild Cucurbitaceae species, namely, Citrullus lanatus (Thunb.) Mansf. var. citroides L. H. Bailey (2n = 22), Melothria japonica Maxim. (2n = 22), Sicyos angulatus L. (2n = 24), and Trichosanthes kirilowii Maxim. (2n = 66, 88, 110 cytotypes), collected in different areas of Korea. All species were diploids, except for T. kirilowii, which included hexa-, octa-, and decaploid cytotypes (2n = 6x = 66, 8x = 88, and 10x = 110). All species have small metaphase chromosomes in the range of $2-5{\mu}m$. The 45S rDNA signals were localized distally compared to the 5S rDNA. C. lanatus var. citroides and M. japonica showed one and two loci of 45S and 5S rDNA, respectively, with co-localization of rDNA signals in one M. japonica chromosome. S. angulatus showed two co-localized signals of 5S and 45S rDNA loci. The hexaploid T. kirilowii cytotype showed five signals each for 45S and 5S rDNA, with three being co-localized. This is the first report of hexaploid and decaploid cytotypes in T. kirilowii. These results will be useful in future Cucurbitaceae breeding programs.
Germinability, electrophoretic variation of protein of shattered seeds during overwintering and characteristic of main agronomic traits of off-type rice plant occurring in paddy field harvested by combine were investigated. Germinability of shattered seed decreased as time goes in paddy field in both Japonica and Tongil type varieties. Electrophoretic protein bands become more and more light as time goes. Occurrence of off-type rice plant was higher in Japonica varieties than in Tongil type varieties. Off-type rice plant was shorter in plant height, leaf length, tiller number per hill, internode length, panicle length and spike let number per panicle. Germinability of seeds of off-type rice plant as not significantly different compared to the control variety. Yield of off-type plants of Japonica varieties was on average 5.1kg / 10a and that of Tongil type varieties was on average 0.9kg /10a. Mixing ratio to the control variety was about 0.7% in Japonica varieties and that of Tongil type varieties was about 0.1%.
Chloroplast transformation in higher plants offers many attractive advantages over nuclear transformation, including a high-level accumulation of foreign proteins, multi-gene expression in single transformation event via transgene stacking in operons and no position effect due to site-specific integration of transgenes by homologous recombination. Most importantly, chloroplast transgenic plants are eco-friendly because their transgenes are maternally inheritance in most crop plants. However, chloroplast transformation system has limited success in crops alike nuclear transformation. In the past two decades, great progress has been made to overcome the limitations of chloroplast transformation, thus expending chloroplast bioreactor to several important crops including soybean, carrot, lettuce, and oilseed. Therefore, it has become possible that chloroplast transformation of crops can be used not only for the improvement of agronomic traits, but also for the production of vaccines and high valuable therapeutic proteins in pharmaceutical industry.
To identity the effect of sowing dates on flowering and maturity of sesame, some agronomic traits including days to flowering and days to maturity were investigated under five different sowing dates. Plant height, days to flowering, days to maturity, days from flowering to maturity and number of capsules per plant were showed significantly different by years, sowing dates and varieties. Interaction between sowing dates and varieties affected to days to flowering, days to maturity, days from flowering to maturity and number of capsules per plant. Plant height, days to flowering and days to maturity decreased significantly as sowing dates were delayed, but number of capsules and seed weight per plant showed highest at the sowing date of May 10. At the regression analysis of shortness degree of growth period by the response of days to flowering and days to maturity under different sowing dates, sesame varieties with earlier flowering habit were much less affected by day length rather than ones with later flowering habit. $R^2$ and gradient value on the days to maturity regression graph were smaller indicating that maturity was much less sensitivity than flowering to the change of day length and temperature in the move of sowing dates. Therefore, it would be concluded that early maturity sesame varieties have higher potential adaptability to various sesame cropping systems in view of their less sensitivity to day length changes under different sowing dates.
Somaclonal variation, defined as phenotypic and genetic variations among regenerated plants from a parental plant, could be caused by changes in chromosome structure, single gene mutation, cytoplasm genetic mutation, insertion of transposable elements, and DNA methylation during plant regeneration. The objective of this study was to evaluate DNA variations among somaclonal variants from the cotyledonary node culture in soybean. A total of 61 soybean somaclones including seven $\textrm{R}_1$ lines and seven $\textrm{R}_2$ lines from Iksannamulkong as well as 27 $\textrm{R}_1$ lines and 20 $\textrm{R}_2$ lines from Jinju 1 were regenerated by organogenesis from the soybean cotyledonary node culture system. Field evaluation revealed no phenotypic difference in major agronomic traits between somaclonal variants and their wild types. AFLP and SSR analyses were performed to detect variations at the DNA level among somaclonal variants of two varieties. Based on AFLP analysis using 36 primer sets, 17 of 892 bands were polymorphic between Iksannamulkong and its somaclonal variants and 11 of 887 bands were polymorphic between Jinju 1 and its somaclonal variants, indicating the presence of DNA sequence change during plant regeneration. Using 36 SSR markers, two polymorphic SSR markers were detected between Iksannamulkong and its somaclonal variants. Sequence comparison amplified with the primers flanking Satt545 showed four additional stretches of ATT repeat in the variant. This suggests that variation at the DNA level between somaclonal variants and their wild types could provide basis for inducing mutation via plant regeneration and broadening crop genetic diversity.
Park, Hyoung-Ho;Kim, Dea-Wook;Hwang, Jong-Jin;Kim, Jung-Tae;Kim, Wook-Han
Proceedings of the Korean Society of Organic Agriculture Conference
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2009.12a
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pp.322-322
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2009
국내산 밀을 유기농 재배하여 친환경 농산물 인증을 받으려면 파종에 필요한 종자도 유기농으로 생산된 것(유기종자)을 사용해야한다. 국립식량과학원에서는 유기종자 생산용 밀 품종 선발을 위한 연구를 수행하고 있으며, 관련 시험으로서 유기질 비료 시비가 밀의 농업형질 및 종자의 아미노산 함량에 미치는 영향을 검토하였다. 무비, 화학비료 및 유기질 비료를 시비한 시험구에 금강밀 등 24개 밀 품종을 파종하여 시험 구별로 출수기 등 농업형질과 수확된 종자의 아미노산 함량을 분석하였다. 밀의 출수기는 시비 조건에 따른 영향을 받지 않았으나 성숙기는 유기질 비료 시비조건에서 화학비료 및 무비보다 1일과 2일 지연되었다. 밀의 간장, 수장, 수수, 수당립수 및 L중은 시비의 종류에 따른 차이를 나타내지 않았다. 한편, 유기질 비료 시비에 따른 밀 종실수량(368.4kg/10a)은 무비 및 화학비료보다 각각 25%와 8% 유의하게 증가하였다. 밀 종자의 전체 아미노산 함량은 무비<화학비료<유기질비료 순으로 유의하게 증가하였다. 각각의 아미노산별로 시비조건에 따른 함량차이를 조사한 결과, Glutamate 등 13종의 아미노산은 시비조건에서 5~16% 증가하였다. Alanine 함량의 경우 무비조건에 비하여 유기질 비료 시비조건에서 38% 증가하였으나 화학비료 시비조건에서는 12% 감소하였다. 한편, tyrosine, phenylalanine 및 proline은 유기질 비료 시비조건에서 11~29% 감소하였으나, 화학비료 시비조건에서 9~36% 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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