본 연구의 목적은 bar 유전자를 발현한 형질전환벼에 대한 글루타민합성효소 저해제인 glufosinate-ammonium, L-metionine sulfoximine과 광합성저해제인 paraquat에 저항성 수준과 형질전환벼와 비형질전환벼의 암모늄 축적량, 저온반응 및 수량을 비교하는데 있다. 형질전환벼 계통은 비형질전환벼에 비해 glufosinate-ammonium에 45~95배 높은 저항성을 보였다. 한편 형질전환벼 계통은 L-metionine sulfoximine을 처리했을 때도 형질전환벼 계통이 비형질전환벼에 비해 18배 이상의 저항성을 보여 교차저항성이 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 glufosinate-ammonium과 작용기작이 다른 제초제인 paraquat에 대한 다중저항성은 없었다. Glufosinate-ammonium 처리에 의해 ammonium 축적은 비형질전환벼에서 증가하였으나 모든 형질전환벼의 계통에서는 적거나 효과가 없었다. 형질전환벼 계통 258, 411, 607 및 608을 제외한 계통은 비형질전환벼에 비해 저온 내성 및 저온 후 회복정도가 유의적으로 낮은 경향을 보였다. 형질전환벼 계통 142, 144, 258 및 608의 수량은 비형질전환벼와 유사하거나 높았다.
본 연구의 목적은 bar 유전자를 발현한 형질전환벼에 대한 글루타민 합성효소 저해제인 glufosinate-ammonium, L-metionine sulfoximine과 광합성저해제인 paraquat에 저항성 수준과 형질전환벼와 비형질전환벼의 암모늄 축적량, 저온반응 및 수량을 비교하는데 있다. 형질전환벼 계통은 비형질전환벼에 비해 glufosinate-ammonium에 45~95배 높은 저항성을 보였다. 한편 형질전환벼 계통은 L-metionine sulfoximine을 처리했을 때도 형질전환벼 계통이 비형질전환벼에 비해 18배 이상의 저항성을 보여 교차저항성이 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 glufosinate-ammonium과 작용기작이 다른 제초제인 paraquat에 대한 다중저항성은 없었다. Glufosinate-ammonium 처리에 의해 ammonium 축적은 비형질전환벼에서 증가하였으나 모든 형질전환벼의 계통에서는 적거나 효과가 없었다. 형질전환벼 계통 258, 411, 607 및 608을 제외한 계통은 비형질전환벼에 비해 저온 내성 및 저온 후 회복정도가 유의적으로 낮은 경향을 보였다. 형질전환벼 계통 142, 144, 258 및 608의 수량은 비형질전환벼와 유사하거나 높았다.
The objectives of this research were to quantify resistance levels of transgenic rice expressing the bar gene to glutamine synthetase (GS)-inhibiting, and methionine sulfoximine and photosynthesis-inhibiting herbicide, paraquat, and compare the ammonium accumulation, chilling injury, and yield betwe...
The objectives of this research were to quantify resistance levels of transgenic rice expressing the bar gene to glutamine synthetase (GS)-inhibiting, and methionine sulfoximine and photosynthesis-inhibiting herbicide, paraquat, and compare the ammonium accumulation, chilling injury, and yield between transgenic and non-transgenic rice. The transgenic rice lines were 45-96-fold more resistant to glufosinate-ammonium than non-transgenic rice. The transgenic rice lines were also 18-fold more resistant to methionine sulfoximine, but was not resistant to paraquat, which has different target site. Glufosinate-ammonium increased the ammonium accumulation in leaves of non-transgenic rice plants, but had minimal or no effect on leaves of transgenic lines. The transgenic lines except for 258, 411, 607 and 608 were more susceptible during chilling and recovery than non-transgenic rice plants. The yield of transgenic lines 142, 144, 258 and 608 was similar or higher than that of non-transgenic rice in pot conditions.
The objectives of this research were to quantify resistance levels of transgenic rice expressing the bar gene to glutamine synthetase (GS)-inhibiting, and methionine sulfoximine and photosynthesis-inhibiting herbicide, paraquat, and compare the ammonium accumulation, chilling injury, and yield between transgenic and non-transgenic rice. The transgenic rice lines were 45-96-fold more resistant to glufosinate-ammonium than non-transgenic rice. The transgenic rice lines were also 18-fold more resistant to methionine sulfoximine, but was not resistant to paraquat, which has different target site. Glufosinate-ammonium increased the ammonium accumulation in leaves of non-transgenic rice plants, but had minimal or no effect on leaves of transgenic lines. The transgenic lines except for 258, 411, 607 and 608 were more susceptible during chilling and recovery than non-transgenic rice plants. The yield of transgenic lines 142, 144, 258 and 608 was similar or higher than that of non-transgenic rice in pot conditions.
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문제 정의
GLU와 유사하게 L-methionone sulfoximine은 GS 저해제이다(Manderscheid and Wild, 1986; Wild and Manderscheid, 1984). 따라서 GLU에 저항성 형질전환벼 계통이 Lmethionone sulfoximine에도 교차내성이 있는지를 조사하였다(Table 2). 저항성 형질전환벼 계통은 60 mM Lmethionone sulfoximine처리에서도 2~43%만이 방제되어 I50을 산출할 수 없었다.
GLU 처리에 의해 글루타민 합성효소가 저해되면 암모늄의 급속한 축적이 이루어지는데, 암모늄은 독성물질로 작용하여 광합성을 저해하는 것으로 알려져 있다(Coetzer and Al-Khatib, 2001). 따라서 GLU에 저항성 형질전환벼의 작용기작을 알아보기 위하여 암모늄 축적정도를 조사 하였다(Table 4). 형질전환벼 계통 268, 400 및 608에서 무 처리에 비해 GLU 처리에 의해 암모늄이 1.
따라서 본 연구의 목적은 bar 유전자 발현 형질전환벼 계통에 대한 GS 저해제 GLU, L-methionine sulfoximine과 광합성저해제 paraquat에 대한 저항성 수준을 알아보고, GLU 처리 후 형질전환벼와 비형질전환벼의 암모늄 축적 정도와 형질전환벼 계통별 유묘기 저온반응과 수확기 수량구성요소와 수량을 산출하여 제초제에 저항성을 보이면서 수량이 많은 계통을 선발하는데 있다.
제안 방법
GLU 저항성 벼의 교차저항성을 알아보기 위하여 GLU 와 동일한 작용기작을 가지고 있는 L-metionine sulfoximine 을 사용하였고, GLU와 작용기작이 다른 제초제인 paraquat 를 사용하여 다중저항성을 조사하였다. L-metionine sulfoximine의 처리 농도는 0, 5, 10, 30, 60 mM 그리고 paraquat는 0, 30, 50, 100, 300 µM 이었다.
72 kg ai ha-1)로 처리하였다. GLU 처리 후 5일에 지상부 생체중을 조사하여 회귀식을 구하고, 이 회귀식에 의해 GR50를 구하여 저항성 정도를 비형질전환벼와 비교하였다.
형질전환 600여 계통 중에 생육 및 수량 등에서 우수한 특성을 보인 13계통을 선발하고 그 계통의 종자를 파종한후 15일째에 GLU를 처리하였다. GLU 처리 후 5일째 지상부 생체중으로 GR50을 산출하였다(Table 1). 비형질전환 벼(상해향혈나, 동진벼)의 GR50은 0.
L-metionine sulfoximine의 처리 농도는 0, 5, 10, 30, 60 mM 그리고 paraquat는 0, 30, 50, 100, 300 µM 이었다. L-metionine sulfoximine는 처리 후 5일에 그리고 paraquat는 처리 후 2일에 지상부 생체중을 조사하였다. 저항성 정도는 위의 저항성 수준 실험과 동일하게 I50를 구하여 비교하였다.
형질전환 및 비형질전환벼의 저온과 생장반응 특이성을 평가하기 위하여 이들 계통의 종자를 수도용 상토가 충진된 플라스틱컵(150 ml)에 파종하고 파종 후 15일된 유묘를 5℃의 생장상에 24시간 둔 후 25℃에 96시간 두어 회복시켰다. 각각의 저온과 회복기간에 잎에 위조정도를 달관평가하였다. 또한 온실조건하에서 형질전환벼 계통과 비 형질전환벼를 파종하여 20일묘를 사각포트(40×60 cm)에 이앙하여 수확기에 간장, 고건중 및 수량구성요소(이삭수, 영화수, 등숙률, 천립중)를 조사하였다.
또한 온실조건하에서 형질전환벼 계통과 비 형질전환벼를 파종하여 20일묘를 사각포트(40×60 cm)에 이앙하여 수확기에 간장, 고건중 및 수량구성요소(이삭수, 영화수, 등숙률, 천립중)를 조사하였다.
L-metionine sulfoximine는 처리 후 5일에 그리고 paraquat는 처리 후 2일에 지상부 생체중을 조사하였다. 저항성 정도는 위의 저항성 수준 실험과 동일하게 I50를 구하여 비교하였다.
비록 L-methionone sulfoximine 처리로 정확한 I50을 산출할 수 없었지만 GLU 에 비해 저항성 수준이 적은 것으로 보아 GLU가 Lmethionone sulfoximine에 비해 고등식물에서 글루타민합성효소 저해제로 더 효과가 있는 것으로 보인다(Manderscheid and Wild, 1986; Wild and Manderscheid, 1984). 한편 GLU 와 작용기작이 다른 광합성저해제인 paraquat에 대한 다중 저항성을 조사하였다(Table 3). 비형질전환벼에 비해 형질전환벼 계통 38, 258, 400, 515, 607은 1.
형질전환 600여 계통 중에 생육 및 수량 등에서 우수한 특성을 보인 13계통을 선발하고 그 계통의 종자를 파종한후 15일째에 GLU를 처리하였다. GLU 처리 후 5일째 지상부 생체중으로 GR50을 산출하였다(Table 1).
형질전환 및 비형질전환벼의 저온과 생장반응 특이성을 평가하기 위하여 이들 계통의 종자를 수도용 상토가 충진된 플라스틱컵(150 ml)에 파종하고 파종 후 15일된 유묘를 5℃의 생장상에 24시간 둔 후 25℃에 96시간 두어 회복시켰다. 각각의 저온과 회복기간에 잎에 위조정도를 달관평가하였다.
형질전환벼 계통에 대한 GLU에 저항성 유무를 확인하기 위하여 이들 계통의 종자를 수도용 상토를 채운 플라스틱컵(150 ml)에 파종 후 15일에 GLU를 농도별(0, 0.034, 0.068, 0.14, 0.27, 0.54, 1.09, 2.18, 4.36, 8.72 kg ai ha-1)로 처리하였다. GLU 처리 후 5일에 지상부 생체중을 조사하여 회귀식을 구하고, 이 회귀식에 의해 GR50를 구하여 저항성 정도를 비형질전환벼와 비교하였다.
형질전환벼의 저항성기작을 구명하기 위하여 암모늄 축적정도를 조사하였다. 2엽기가 된 형질전환벼와 비형질전환벼를 GLU 0.
대상 데이터
연구에 사용된 형질전환 흑미 계통은 bar 유전자가 들어간 제초제 저항성 동진벼 형질전환체와 흑미 상해향 혈나를 교배하여 F2세대에서 흑미 및 적미 제초제 저항성 형질전환체를 선발한 후 1개체 1계통육종법에 의하여 F12세대까지 전개된 계통이다(순천대학교 진일두 교수 제공). 본 연구에 사용된 비형질전환벼는 동진벼와 샹해향혈나이며, 형질전환 계통은 600여 계통 중에 수량 등 우수한 특성을 보인 13계통(31, 38, 142, 144, 258, 268, 400, 411, 515, 538, 564, 607, 608)을 선발하여 이용하였다.
연구에 사용된 형질전환 흑미 계통은 bar 유전자가 들어간 제초제 저항성 동진벼 형질전환체와 흑미 상해향 혈나를 교배하여 F2세대에서 흑미 및 적미 제초제 저항성 형질전환체를 선발한 후 1개체 1계통육종법에 의하여 F12세대까지 전개된 계통이다(순천대학교 진일두 교수 제공). 본 연구에 사용된 비형질전환벼는 동진벼와 샹해향혈나이며, 형질전환 계통은 600여 계통 중에 수량 등 우수한 특성을 보인 13계통(31, 38, 142, 144, 258, 268, 400, 411, 515, 538, 564, 607, 608)을 선발하여 이용하였다.
성능/효과
09 kg ai ha-1)에서 완전방제되었다(자료 미제시). 따라서 GLU에 저항성 형질전환벼 계통을 최근 문제시되고 있는 설포닐우레아계 저항성 잡초종(Kuk et al., 2003)과 잡초 성벼(Kuk et al., 2008)가 문제되는 지역에서 이용할 수 있을 것으로 생각된다. Oard et al.
, 2007). 또한 bar 유전자를 동진벼에 형질전환하여 제초제 저항성 벼를 양성하고 이 벼에 단간내도복 양질인 주남벼를 인공교배하여 약배양하여 우량계통을 선발하고 밀양 204호로 계통명 부여하고 수량관련 특성을 조사한 결과, 밀양 204호는 주당수수는 주남벼나 동진벼보다 많고 수당립수는 적었다. 또한 주남벼나 동진 벼에 비해 간장이 작고 이삭길이가 짧아 개체간 생육량이 적고 지역별로도 다른 것으로 나타났다(Jeong et al.
54 kg ai ha-1 수준으로 처리한다(Pesticide Use Manual, 2012). 모든 형질전환벼 계통은 GLU 0.54 kg ai ha-1 처리뿐만 아니라 2배 처리에도 전혀 약해가 발생되지 않았으나 비형질전환벼는 표준량의 배량 (1.09 kg ai ha-1)에서 완전방제되었다(자료 미제시). 따라서 GLU에 저항성 형질전환벼 계통을 최근 문제시되고 있는 설포닐우레아계 저항성 잡초종(Kuk et al.
GLU 처리 후 5일째 지상부 생체중으로 GR50을 산출하였다(Table 1). 비형질전환 벼(상해향혈나, 동진벼)의 GR50은 0.1 kg ai ha-1이고, 형질전환벼 계통의 GR50은 3.6~7.6 kg ai ha-1으로서 형질전환벼 계통은 비형질전환벼에 비해 45~95배 높은 저항성을 보였다. 이러한 결과는 모든 형질전환 계통에서 bar 유전자가 F12세대에서 안정하게 발현됨을 의미한다.
8 g)을 보였다. 일부 형질전환벼 계통은 비형질전환벼에 비해 간장, 고건중 및 수량구성요소에서 우수한 계통이 있고 특히 144 계통은 고건중, 이삭수 및 영화수가 많아 수량이 형질전환벼 계통중 가장 많았다.
형질전환벼 계통과 비형질전환벼의 저온반응과 저온 처리 후 회복정도를 조사한 결과는 Table 5와 같다. 즉 형질전환벼 계통 258, 411, 607 및 608을 제외한 계통은 비형질전환벼에 비해 저온에 대한 피해가 높고, 저온 후 회복 정도가 낮은 경향을 보였다. 또한 형질전환벼 계통의 수확기에 간장, 고건중 및 수량구성요소를 조사한 결과는 Table 6과 같다.
후속연구
한편 본 연구의 형질전환벼 계통 중 흑미는 9계통(31, 38, 142, 144, 258, 411, 515, 538, 564), 황색미는 2계통(268, 400) 그리고 백미는 2계통(607, 608)으로 나타났다. 본 연구에서 우수한 계통은 제초제 저항성, 양질미 및 고생산성 형질전환벼 육성을 위해 중간모본으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
, 2007) 등이 개발되었다. 특히, GLU 저항성 형질전환벼는 직파재배 확대, 설포닐우레아계 저항성 잡초, 잡초성벼 방제 및 양질미 생산 등에 이용될수 있을 것이다. 그러나 GLU 저항성 형질전환 흑미벼 계통에 대한 연구는 아직 없는 상태이다.
하지만 본 연구에서는 대비품종에 비해 수량이 높은 계통이 있어 이러한 계통을 선발하여 추후 포장조건하에서 작물학적 특성에 대한 조사를 수행해야 할 것으로 판단된다. 한편 본 연구의 형질전환벼 계통 중 흑미는 9계통(31, 38, 142, 144, 258, 411, 515, 538, 564), 황색미는 2계통(268, 400) 그리고 백미는 2계통(607, 608)으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쌀이란?
벼는 한국을 비롯한 아시아에서 가장 많이 재배되는 작물 중의 하나이다. 또한 쌀은 세계인구의 절반이상이 섭취하는 주요 식량원이기도 하다(Singh and Khush, 2000). 벼의 생장을 제한하는 요인 중의 하나인 잡초발생은 벼 경작자들에게 경제적 손실과 수량감소를 야기한다.
벼의 생장을 제한하는 요인인 잡초발생은 무엇을 야기하는가?
또한 쌀은 세계인구의 절반이상이 섭취하는 주요 식량원이기도 하다(Singh and Khush, 2000). 벼의 생장을 제한하는 요인 중의 하나인 잡초발생은 벼 경작자들에게 경제적 손실과 수량감소를 야기한다. 제초제는 잡초관리를 위해 가장 많이 사용되는 수단이며, 이중 glufosinate-ammonium(GLU)는 1981년에 개발된 비선택성 경엽처리 제초제로서 비경작지, 과수원 등에 발생한 잡초를 방제하기 위해 주로 사용되고 있다(Krausz et al.
glufosinate-ammonium가 작물 재배지에 사용이 극히 제한되는 이유는?
또한 GLU는 후기에 발생한 잡초를 방제할 수 있는 제초제로서 토양에 떨어지면 빠르게 불활성화되어 토양내에 축적되지 않을 뿐만 아니라 이동성이 낮은 제초제이다. 그러나 GLU는 비산에 의한 약해의 우려로 작물 재배지에 사용이 극히 제한되어 있다. GLU의 작용점은 식물의 질소대사에서 주요 효소인 글루타민합성효소(glutamine synthetase, GS; E.
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