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제초제 저항성 유전자와 기존 병 저항성 유전자가 연관된 형질전환 토마토 개체 선발 및 후대분석

Progeny Analysis and Selection of Tomato Transformants with patII Gene linked to Inherent Disease Resistance Gene

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.29 no.4, 2011년, pp.345 - 351  

안순영 (영남대학교 원예생명과학과) ,  강권규 (국립한경대학교 원예학과) ,  윤해근 (영남대학교 원예생명과학과) ,  박효근 ((주)동부한농)

초록
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원예작물의 내병성 육종에 있어 $F_2$와 그 이후 분리 세대에서 유용하게 사용할 수 있는 선발방법의 모델 시스템을 개발하고자 하였다. 상용 토마토 품종인 '모모따로 요크'에 제초제 저항성 유전자를 도입한 후 획득된 형질전환체의 도입 유전자 수와 후대 분리비를 분석하고, 제초제 저항성 유전자와 기존 병 저항성 유전자가 연관된 개체를 선발하였다. 총 60개의 형질전환체 중에서 42개체에 Southern blot을 실시하여 도입 유전자 수를 확인하고, 제초제 저항성 유전자에 대한 분리비를 비교 분석하여 Southern 결과와 도입된 유전자의 표현형의 분리비가 일치하지 않으며 여러 개의 copy가 삽입된 대부분의 경우, 실제 도입된 copy 수보다 더 적은 copy 수를 가지는 것처럼 분리비를 나타내는 것을 알 수 있었다. 삽입된 제초제 저항성 유전자와 기존 병 저항성 유전자가 가깝게 연관된 개체를 찾기 위해 $T_1(F_2)$세대 개체에 대하여 two-stepwise screening 방법을 실시하여 위조병 저항성 I2 유전자(11번 염색체)와 제초제 저항성 patII 유전자가 대략 12-13cM으로 가깝게 연관된 개체(T-20)를 선발하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was carried out to develop a model system using selection method for disease resistant plant breeding programs using a herbicide bialaphos-resistant patII gene as a gene-based marker. Spraying bialaphos could eliminate the susceptible plants from the segregating populations such as $...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 원예작물의 내병성 육종 프로그램 과정인 선발단계의 분리세대에서 활용할 수 있는 선발방법의 모델 시스템을 개발하고자 하였으며, 이를 위하여 제초제 저항성 유전자가 도입된 형질전환 토마토의 후대분석과 two-stepwise screening을 실시하여 제초제 저항성 유전자와 기존 병 저항성 유전자가 가깝게 연관된 개체를 선발하였다.
  • 이를 토대로 교차율과 분리비를 확인하고 저항성/감수성(R/S) 비율을 계산할 수 있으며, two-stepwise 실험에 의한 결과를 적용하여 대략적인 연관 정도를 확인할 수 있었다. 본 실험에서는 기존 병 저항성 유전자와 제초제 저항성 유전자가 10cM 정도 이내로 가깝게 연관이 되어야 실제 내병성 품종 육성 과정에서 분리되지 않고 활용할 수 있을 것으로 생각하였으며, 이러한 개체를 찾고자 하였다. 병 저항성 유전자를 R, 제초제 저항성 유전자를 H로 나타낼 때, T0 (F1)인 RrHh를 여교잡 하면 RH와 rh, 그리고 2개의 재조합형(recombinant, 100개 파종 시 10개 생김)인 Rh와 rH가 만들어진다.
  • 본 연구에서 진행된 실험은 제초제 저항성 유전자를 형질 전환 방법으로 병 저항성 유전자가 heterozygous한 상태로 있는 상용 품종으로 도입한 후에, T1 이후 세대에서 삽입된 제초제 저항성 유전자와 병 저항성 유전자가 한 염색체상에 가까이 연관된 식물체를 찾고, 이를 이용하여 F2 및 그 이후 분리 세대에서 단순히 제초제만을 살포한 후 살아남는 개체(내병성 유전자를 갖고 있는 개체)를 선발하는 것이다. 이러한 방법은 내병성 육종의 선발 시스템에 있어서 간편성, 경제성 및 효율성(유묘기에 검정 가능)을 획기적으로 높일 수 있으며 escape율도 최소화할 수 있다.
  • 이와 같은 선발 시스템을 개발하기 위한 전제 조건으로는 single copy가 도입된 형질전환체를 많이 확보하는 것과 다수의 병 저항성 유전자를 가지고 있는 품종을 선택하는 것이다. 형질전환에 의한 외래 유전자의 도입은 무작위로 발생하므로 최대한 많이 single copy로 형질전환체를 만들고, 또한 여러 가지 병에 대해 검정방법이 개발되어 있는 경우(DNA marker 이용시 더 간편함)라면 원하는 연관개체를 찾을 수 있는 확률이 높아질 것으로 생각되며, 본 연구에서는 내병성 육종에 있어서 제초제 저항성 유전자를 이용한 간접 선발 시스템의 가능성을 제시하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
내병성 육종 과정에서 관행적으로 이용되는 선발방법은? 원예작물의 육종은 여러 단계로 이루어져 있는데, 그 중에서 특히 선발과정은 가장 어렵고 중요한 단계로 시간이 많이 소요되며 육종 프로그램의 성패는 선발효율에 의해 좌우될 수 있다. 내병성 육종 과정에서 대부분의 종묘회사나 실험실에서 관행적으로 이용되는 선발방법은 분리세대에서 수많은 개체에 병원균을 인위적으로 살포하거나 그 접종 대상이 과실인 경우에는 모든 개체를 대상으로 인위적인 접종을 실시(Yoon et al., 2004) 한 후에 병 발생 여부를 개체마다 확인하여 저항성 개체를 선발하는 것이다. 이러한 경우, 대규모 포장, 막대한 시간, 노동력이 소요되고 숙련된 기술이 필요하며, 병 저항성 여부의 판정은 접종원 농도, 접종방법, 접종 후 온도 및 습도(Atibalentja and Eastburn, 1997; Jung et al.
원예작물의 육종 과정 중 선발과정이란? 원예작물의 육종은 여러 단계로 이루어져 있는데, 그 중에서 특히 선발과정은 가장 어렵고 중요한 단계로 시간이 많이 소요되며 육종 프로그램의 성패는 선발효율에 의해 좌우될 수 있다. 내병성 육종 과정에서 대부분의 종묘회사나 실험실에서 관행적으로 이용되는 선발방법은 분리세대에서 수많은 개체에 병원균을 인위적으로 살포하거나 그 접종 대상이 과실인 경우에는 모든 개체를 대상으로 인위적인 접종을 실시(Yoon et al.
내병성 육종 과정에서 관행적으로 이용되는 선발방법의 문제점은? , 2004) 한 후에 병 발생 여부를 개체마다 확인하여 저항성 개체를 선발하는 것이다. 이러한 경우, 대규모 포장, 막대한 시간, 노동력이 소요되고 숙련된 기술이 필요하며, 병 저항성 여부의 판정은 접종원 농도, 접종방법, 접종 후 온도 및 습도(Atibalentja and Eastburn, 1997; Jung et al., 2008; Steventon et al., 2002; Yoon and Park, 2001) 등이나 자연 환경(du Toit and Pataky, 1999)등에 의해 영향을 받기 쉬우며, 유전적으로는 이병성인 개체를 저항성인 개체로 잘못 판정할 가능성(escape)도 큰 편이다. 지금까지 작물 육종 과정에서 이러한 escape을 줄이고 선발 효율을 높이기 위해 많은 분자표지들이 개발(Lee et al.
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참고문헌 (19)

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  7. Lim, S.H, S.H. Park, J.H. Kim, N.Y. Kim, S.Y. Won, S.M. Lee, K.S. Shin, H.J. Woo, D.H. Kim, and H.S. Cho. 2008. Analysis of junction between T-DNA and plant genome in insect resistance GM Chinese cabbage. K. J. Plant Biotech. 35:101-108. 

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  11. Spencer, T.M., J.V. O'Brien, W.G. Start, T.R. Adams, W.J. Gordon-Kamm, and P.G. Lemaux. 1992. Segregation of transgenes in maize. Plant Mol. Biol. 18:201-210. 

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  13. Vain, P., A.S. Afolabi, B. Worland, and J.W. Snape. 2003. Transgene behavior in populations of rice plants transformed using a new dual binary vector system: pGreen/pSoup. Theor. Appl. Genet. 107:210-217. 

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  18. Yoon, J.B., D.C. Yang, W.P. Lee, S.Y. Ahn, and H.G. Park. 2004. Genetic resources resistant to anthracnose in the genus capsicum. J. Kor. Soc. Hort. Sci. 45:318-323. 

  19. Yu, K., S.J. Park, and V. Poysa. 2000. Marker-assisted selection of common beans for resistance to common bacterial blight: Efficiency and economics. Plant Breeding 119:411-415. 

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