콩 내탈립성 판별 분자마커 개발 및 우량계통 육성 Development of Molecular Markers and Selection of Elite Lines for Pod Shattering Tolerance in Soybean [Glycine max (L.) Merrill]원문보기
콩은 한반도 북부와 만주지역을 원산지로 하는 작물로, 양질의 단백질과 지방을 함유하고 있어 세계적으로 중요하게 연구되고 있는 작물이다. 콩의 성숙기 탈립은 야생종으로부터 유래된 자연스러운 종자번식의 한 형태이지만, 작물로서 콩이 재배되기 시작하면서 종자 수확 시 심각한 수량손실의 원인이 되고 있다. 최근에는 농촌 인구 고령화와 더불어 농업인구가 감소하고 있어 기계화 재배에 알맞은 콩 품종 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 콩 성숙기의 탈립 문제는 식물체의 쓰러짐과 함께 가장 먼저 해결되어야 할 불량 형질로 간주되고 있다. ‘대원콩’은 1997년 국립식량과학원에서 개발된 장류‧두부용 콩 품종으로 수량성이 낮고 쓰러짐과 각종 병해에 약한 단점이 있음에도 불구하고 성숙기 탈립에 매우 강하여 현재까지도 우리나라에서 가장 많이 재배되고 있는 콩 품종이다. 따라서 향후 국내 콩 육종프로그램에서는 ‘대원콩’ 수준의 내탈립성을 가지고 있으면서도 수량성이 높고, 내병성, 내재해성, 품질이 증진된 품종 개발로 ‘대원콩’을 대채하는 것을 주된 목표로 진행될 예정이다. 현재까지 국내 콩 육종프로그램에서는 내탈립성이 중요한 작물학적 특성이라는 것이 인정되면서도 초기세대에서 명확한 유전 지식 없이 성숙기에 육종가의 판단으로 선발해왔다. 콩의 탈립성에 대한 연구는 오래전부터 진행되어 왔고, 16번 염색체에 존재하는 주동유전자의 존재가 여러 연구들을 통하여 보고되어 왔다. 2010년 이후에는 콩의 ...
콩은 한반도 북부와 만주지역을 원산지로 하는 작물로, 양질의 단백질과 지방을 함유하고 있어 세계적으로 중요하게 연구되고 있는 작물이다. 콩의 성숙기 탈립은 야생종으로부터 유래된 자연스러운 종자번식의 한 형태이지만, 작물로서 콩이 재배되기 시작하면서 종자 수확 시 심각한 수량손실의 원인이 되고 있다. 최근에는 농촌 인구 고령화와 더불어 농업인구가 감소하고 있어 기계화 재배에 알맞은 콩 품종 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 콩 성숙기의 탈립 문제는 식물체의 쓰러짐과 함께 가장 먼저 해결되어야 할 불량 형질로 간주되고 있다. ‘대원콩’은 1997년 국립식량과학원에서 개발된 장류‧두부용 콩 품종으로 수량성이 낮고 쓰러짐과 각종 병해에 약한 단점이 있음에도 불구하고 성숙기 탈립에 매우 강하여 현재까지도 우리나라에서 가장 많이 재배되고 있는 콩 품종이다. 따라서 향후 국내 콩 육종프로그램에서는 ‘대원콩’ 수준의 내탈립성을 가지고 있으면서도 수량성이 높고, 내병성, 내재해성, 품질이 증진된 품종 개발로 ‘대원콩’을 대채하는 것을 주된 목표로 진행될 예정이다. 현재까지 국내 콩 육종프로그램에서는 내탈립성이 중요한 작물학적 특성이라는 것이 인정되면서도 초기세대에서 명확한 유전 지식 없이 성숙기에 육종가의 판단으로 선발해왔다. 콩의 탈립성에 대한 연구는 오래전부터 진행되어 왔고, 16번 염색체에 존재하는 주동유전자의 존재가 여러 연구들을 통하여 보고되어 왔다. 2010년 이후에는 콩의 표준유전체가 해독되어 고밀도인 유전자 지도를 작성할 수 있게 되면서, 콩의 탈립성에 대한 유전연구도 급속히 진전되었다. 이 결과에 따라 콩의 탈립성에 관여하는 두 개의 유전자가 밝혀졌다. 본 연구에서는 탈립에 저항성인 ‘대원콩’을 모본으로, 탈립에 감수성인 ‘다원콩’과 ‘새올’을 부본으로 하는 고세대 RIL 집단을 양성하고, 고온 건조기를 이용한 표현형 조사와 SNP칩을 이용한 유전형 분석을 통해 콩의 내탈립성과 관련된 QTL과 후보유전자를 탐색하였다. 이에 따라 기존에 보고되었던 pdh1 유전자를 포함하는 QTL과 ‘대원콩’ 유래의 새로운 후보유전자를 발견할 수 있었고, 집단 모‧부본의 염기서열 정보를 통하여 pdh1 유전자를 탐색하는 두 개의 KASP 마커와 한 개의 InDel 마커를 개발하였다. 개발된 두 가지 종류의 분자마커를 RIL 집단, 품종 및 우량계통에 검정하여 유효성을 평가한 결과, 두 개의 유전형 모두에서 저항성으로 나타나는 계통이 실제 표현형에서도 저항성으로 나타났다. 특히, 한 가지 종류의 마커를 사용했을 때 보다 개발된 두 가지 마커에서 동시에 저항성을 나타낸 경우에 더 내탈립성을 정확히 평가할 수 있었다. 3년간의 표현형 조사 결과와 개발된 마커 정보에 따른 유전형 조사 결과를 종합하여 최종적으로 2개의 내탈립성 우량계통을 육성하였다. 본 연구의 결과는 ‘대원콩’ 수준의 내탈립성을 나타내는 콩 품종 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
콩은 한반도 북부와 만주지역을 원산지로 하는 작물로, 양질의 단백질과 지방을 함유하고 있어 세계적으로 중요하게 연구되고 있는 작물이다. 콩의 성숙기 탈립은 야생종으로부터 유래된 자연스러운 종자번식의 한 형태이지만, 작물로서 콩이 재배되기 시작하면서 종자 수확 시 심각한 수량손실의 원인이 되고 있다. 최근에는 농촌 인구 고령화와 더불어 농업인구가 감소하고 있어 기계화 재배에 알맞은 콩 품종 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 콩 성숙기의 탈립 문제는 식물체의 쓰러짐과 함께 가장 먼저 해결되어야 할 불량 형질로 간주되고 있다. ‘대원콩’은 1997년 국립식량과학원에서 개발된 장류‧두부용 콩 품종으로 수량성이 낮고 쓰러짐과 각종 병해에 약한 단점이 있음에도 불구하고 성숙기 탈립에 매우 강하여 현재까지도 우리나라에서 가장 많이 재배되고 있는 콩 품종이다. 따라서 향후 국내 콩 육종프로그램에서는 ‘대원콩’ 수준의 내탈립성을 가지고 있으면서도 수량성이 높고, 내병성, 내재해성, 품질이 증진된 품종 개발로 ‘대원콩’을 대채하는 것을 주된 목표로 진행될 예정이다. 현재까지 국내 콩 육종프로그램에서는 내탈립성이 중요한 작물학적 특성이라는 것이 인정되면서도 초기세대에서 명확한 유전 지식 없이 성숙기에 육종가의 판단으로 선발해왔다. 콩의 탈립성에 대한 연구는 오래전부터 진행되어 왔고, 16번 염색체에 존재하는 주동유전자의 존재가 여러 연구들을 통하여 보고되어 왔다. 2010년 이후에는 콩의 표준유전체가 해독되어 고밀도인 유전자 지도를 작성할 수 있게 되면서, 콩의 탈립성에 대한 유전연구도 급속히 진전되었다. 이 결과에 따라 콩의 탈립성에 관여하는 두 개의 유전자가 밝혀졌다. 본 연구에서는 탈립에 저항성인 ‘대원콩’을 모본으로, 탈립에 감수성인 ‘다원콩’과 ‘새올’을 부본으로 하는 고세대 RIL 집단을 양성하고, 고온 건조기를 이용한 표현형 조사와 SNP칩을 이용한 유전형 분석을 통해 콩의 내탈립성과 관련된 QTL과 후보유전자를 탐색하였다. 이에 따라 기존에 보고되었던 pdh1 유전자를 포함하는 QTL과 ‘대원콩’ 유래의 새로운 후보유전자를 발견할 수 있었고, 집단 모‧부본의 염기서열 정보를 통하여 pdh1 유전자를 탐색하는 두 개의 KASP 마커와 한 개의 InDel 마커를 개발하였다. 개발된 두 가지 종류의 분자마커를 RIL 집단, 품종 및 우량계통에 검정하여 유효성을 평가한 결과, 두 개의 유전형 모두에서 저항성으로 나타나는 계통이 실제 표현형에서도 저항성으로 나타났다. 특히, 한 가지 종류의 마커를 사용했을 때 보다 개발된 두 가지 마커에서 동시에 저항성을 나타낸 경우에 더 내탈립성을 정확히 평가할 수 있었다. 3년간의 표현형 조사 결과와 개발된 마커 정보에 따른 유전형 조사 결과를 종합하여 최종적으로 2개의 내탈립성 우량계통을 육성하였다. 본 연구의 결과는 ‘대원콩’ 수준의 내탈립성을 나타내는 콩 품종 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Soybean [Glycine max (L.) Merrill] is a crop that originated from the northern parts of the Korean Peninsula and Manchuri. Soybean researches are emphasized around the world because of its high-quality protein and oil. Pod shattering at the maturing stage (R8, full maturity) is an essential strategy...
Soybean [Glycine max (L.) Merrill] is a crop that originated from the northern parts of the Korean Peninsula and Manchuri. Soybean researches are emphasized around the world because of its high-quality protein and oil. Pod shattering at the maturing stage (R8, full maturity) is an essential strategy for reproduction in wild species, including Glycine soja. However, it can cause serious yield loss in cultivated crop species. Further, in the mechanization era, it is essential to develop soybean varieties with mechanical harvesting compatible traits such as lodging tolerance, appropriate basal pod height, and pod shattering tolerance to minimize yield loss. Therefore, selecting the pod shattering tolerant lines is an important strategy in many breeding programs. In Korea, ‘Daewonkong’ (DW) is the most widely cultivated soybean cultivar due to its strong tolerance to pod shattering. Although DW could be a valuable genetic source for developing pod shattering tolerant varieties, genetic research on the pod shattering tolerance of DW have not yet been well documented. In soybeans, two genes responsible for pod shattering had been characterized, and recently, it has been reported that there are a few additional minor genes. Studies show that a pdh1 gene has a premature stop codon that is responsible for increasing torsion of dried pods under dry conditions. Meanwhile, considering wild soybeans (Glycine soja), the gene named SHAT1-5, which plays a role in inducing excessive lignification of the fiber cap cells in the ventral suture for tolerance to pod shattering, has also been characterized. Among the two major genes responsible for pod shattering identified in soybeans, functional DNA markers of the pdh1 gene were designated and validated in several studies, whereas the importance of selection for pod shattering tolerance alleles of the SHAT1-5 gene in soybean breeding programs has not been revealed yet. In addition to the high prediction accuracy of the markers, additional marker information about pod shattering is still needed for enhancing the accurate selection rate. Our studies were performed to find the candidate genes for pod shattering, to develop molecular markers for the genes, and to select elite lines with tolerance to pod shattering using two RIL populations derived from DW. Firstly, we investigated the variation in the pod shattering tolerance in the RIL populations through the oven-dry test over three years. Then, we identified the QTLs and candidate genes related to pod shattering with genotyping data generated by 180K SNP chip array, followed by the gene expression analysis. Finally, we developed and validated the allele-specific markers from SNPs and InDel sites in the candidate genes. The finding could be highly applicable in marker-assisted selection and developing soybean cultivars for pod shattering tolerance.
Soybean [Glycine max (L.) Merrill] is a crop that originated from the northern parts of the Korean Peninsula and Manchuri. Soybean researches are emphasized around the world because of its high-quality protein and oil. Pod shattering at the maturing stage (R8, full maturity) is an essential strategy for reproduction in wild species, including Glycine soja. However, it can cause serious yield loss in cultivated crop species. Further, in the mechanization era, it is essential to develop soybean varieties with mechanical harvesting compatible traits such as lodging tolerance, appropriate basal pod height, and pod shattering tolerance to minimize yield loss. Therefore, selecting the pod shattering tolerant lines is an important strategy in many breeding programs. In Korea, ‘Daewonkong’ (DW) is the most widely cultivated soybean cultivar due to its strong tolerance to pod shattering. Although DW could be a valuable genetic source for developing pod shattering tolerant varieties, genetic research on the pod shattering tolerance of DW have not yet been well documented. In soybeans, two genes responsible for pod shattering had been characterized, and recently, it has been reported that there are a few additional minor genes. Studies show that a pdh1 gene has a premature stop codon that is responsible for increasing torsion of dried pods under dry conditions. Meanwhile, considering wild soybeans (Glycine soja), the gene named SHAT1-5, which plays a role in inducing excessive lignification of the fiber cap cells in the ventral suture for tolerance to pod shattering, has also been characterized. Among the two major genes responsible for pod shattering identified in soybeans, functional DNA markers of the pdh1 gene were designated and validated in several studies, whereas the importance of selection for pod shattering tolerance alleles of the SHAT1-5 gene in soybean breeding programs has not been revealed yet. In addition to the high prediction accuracy of the markers, additional marker information about pod shattering is still needed for enhancing the accurate selection rate. Our studies were performed to find the candidate genes for pod shattering, to develop molecular markers for the genes, and to select elite lines with tolerance to pod shattering using two RIL populations derived from DW. Firstly, we investigated the variation in the pod shattering tolerance in the RIL populations through the oven-dry test over three years. Then, we identified the QTLs and candidate genes related to pod shattering with genotyping data generated by 180K SNP chip array, followed by the gene expression analysis. Finally, we developed and validated the allele-specific markers from SNPs and InDel sites in the candidate genes. The finding could be highly applicable in marker-assisted selection and developing soybean cultivars for pod shattering tolerance.
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