배추(Brassica rapa L. ssp. pekinensis)는 경제적으로 매우 중요한 채소 작물로 한국 고유 음식인 김치의 주재료로 쓰인다. 비록 전통적인 선발을 이용한 육종을 통해 농업적 유용 형질을 갖는 많은 품종들이 개발되었지만, 특별한 병해충 또는 기상재해 등 생물적, 비생물적 환경 스트레스 저항성을 증대시키는 육종에 관하여는 오랜 시간이 필요하다. 이러한 저항성 육종은 분자 마커 시스템에 기반하여 다양한, 급격히 진화된 유전 자원의 효율적인 선발에 이용될 수 있다. 특히 배추 전체 유전체염기서열의 발표로 인해 유전체 수준에서 농업적 유용 형질 유전자 또는 유전 자원의 탐색이 가능하게 되었다. 이 연구에서 분자 마커를 활용한 배추 육종의 최근의 진전에 대하여 논의하고자 하였다.
배추(Brassica rapa L. ssp. pekinensis)는 경제적으로 매우 중요한 채소 작물로 한국 고유 음식인 김치의 주재료로 쓰인다. 비록 전통적인 선발을 이용한 육종을 통해 농업적 유용 형질을 갖는 많은 품종들이 개발되었지만, 특별한 병해충 또는 기상재해 등 생물적, 비생물적 환경 스트레스 저항성을 증대시키는 육종에 관하여는 오랜 시간이 필요하다. 이러한 저항성 육종은 분자 마커 시스템에 기반하여 다양한, 급격히 진화된 유전 자원의 효율적인 선발에 이용될 수 있다. 특히 배추 전체 유전체 염기서열의 발표로 인해 유전체 수준에서 농업적 유용 형질 유전자 또는 유전 자원의 탐색이 가능하게 되었다. 이 연구에서 분자 마커를 활용한 배추 육종의 최근의 진전에 대하여 논의하고자 하였다.
Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. pekinensis) is an economically important vegetable crop as a source of the traditional food Kimchi in Korea. Although many varieties exhibiting desirable traits have been developed by the conventional selective breeding approach, breeding related to abiotic or ...
Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. pekinensis) is an economically important vegetable crop as a source of the traditional food Kimchi in Korea. Although many varieties exhibiting desirable traits have been developed by the conventional selective breeding approach, breeding related to abiotic or biotic stresses, such as a particular pests or diseases, or tolerance to climatic conditions, is likely to be slow. This could be helped by an efficient method for selection from various, rapidly-evolved genetic resources on the basis of molecular markers. In particular, the Brassica genome sequencing project enables genome-wide discovery of genes or genetic variants associated with agricultural traits. We here discuss the recent progress in the field of Chinese cabbage breeding with regard to the application of molecular markers.
Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. pekinensis) is an economically important vegetable crop as a source of the traditional food Kimchi in Korea. Although many varieties exhibiting desirable traits have been developed by the conventional selective breeding approach, breeding related to abiotic or biotic stresses, such as a particular pests or diseases, or tolerance to climatic conditions, is likely to be slow. This could be helped by an efficient method for selection from various, rapidly-evolved genetic resources on the basis of molecular markers. In particular, the Brassica genome sequencing project enables genome-wide discovery of genes or genetic variants associated with agricultural traits. We here discuss the recent progress in the field of Chinese cabbage breeding with regard to the application of molecular markers.
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문제 정의
배추에서 분자 마커의 개발과 이용은 1980년대 후반부터 시작되었으며, 이후 여러 가지 형태의 분자 마커들(RAPD, RFLP, AFLP, SSR, SNP 등)이 개발되어(Table 1) 배추과 작물의 유전적 다양성(진화 연구 및 종간 구별 등) 및 육종을 위한 선발에 이용되었다. 본문에서는 유전적 다양성, 웅성 불임성, 개화 및 추대형성, 병 저항성 관련하여 분자 마커 개발 및 육종에의 활용 현황에 대해 논한다.
국내에 분자육종 기술 체계 확립을 통한 육종의 과학화가 이뤄진다면 우수 품종 육성의 확대가 가능해 지고 생물다양성협약으로 인한 신품종 보호 등으로 인해 세계 종자시장에서의 경쟁력 우위를 지킬 수 있을 것으로 전망한다. 이 보고에서 최근 배추 육종을 위한 분자 마커의 개발 현황 및 활용에 관해 논의하고자 한다.
제안 방법
Song et al.(1988a, 1988b)에 의해 개발된 RFLP 마커를 이용하여 B. rapa 및 B. napus의 유럽 종과 중국 종의 유전적 차이를 구별하여 배추과 작물에서 분자 마커의 활용 가능성을 처음 제시하였다. 또한 He et al.
특히, NGS를 이용한 whole-genome resequencing은 sequencing-based genotyping 및 genome-wide association studies(GWAS)의 개발을 가능케 하고 있다. 가령 최근 517개의 벼 품종을 resequencing을 한 후, 약 3.6 million개의 SNP를 확인하고 14개의 agronomic traits에 대한 GWAS를 수행하였다(Huang et al., 2010). 이러한 사례는 genotype과 phenotype 사이의 지식의 간격을 좁힐 수 있고, 작물 genomics-assisted selection을 통한 pyramid breeding에 응용될 수 있음을 잘 보여준다(Chia and Ware 2011; Huang et al.
(2006)은 배추의 노균병 저항성 품종과 감수성 품종을 교배한 후 F2 평가에서 3:1의 분리비를 확인함으로써, 노균병 저항성 연관 유전자 좌위가 단일 우성 유전자임을 밝혔다. 이 연구에서 BSA(bulked segregant analysis)와 fingerprint 기술을 결합하여 노균병 저항성 유전자좌에 연결된 3개의 마커가 개발되었다. 이외에 배추분자마커사업단 (2007-2012)의 연구를 통해 신규의 배추 노균병 저항성 유전자좌 BrRHP1과 연관 RAPD 및 SSR 마커가 발견, 개발되어 특허 출원되었다(Kim et al.
성능/효과
italica)에서 Pp523 유전자의 발현으로 노균병 저항성이 증가되는 것을 확인하였다. Rapid-cycling B. oleracea DH line GK97362와 OL87125로부터 유래한 S4 line의 교배로 얻은 F2 집단에서 Pp523 유전자좌, 301개의 AFLPs, 55개의 RAPDs, 46개의 ISSR, 3개의 SSRs, 4개의 기타 PCR 마커들이 개발되어 4개의 연관군이 확인되었다. Lee et al.
후속연구
게다가 이러한 접근법은 선발 이후 고전 육종법(교배)이 적용되기 때문에 친환경적 농업 전략에도 매우 잘 부합되는 것으로 평가 받고 있다. 국내에 분자육종 기술 체계 확립을 통한 육종의 과학화가 이뤄진다면 우수 품종 육성의 확대가 가능해 지고 생물다양성협약으로 인한 신품종 보호 등으로 인해 세계 종자시장에서의 경쟁력 우위를 지킬 수 있을 것으로 전망한다. 이 보고에서 최근 배추 육종을 위한 분자 마커의 개발 현황 및 활용에 관해 논의하고자 한다.
배추의 경우 유전체 정보가 밝혀진 이래 이미 각국에서 다양한 종류의 분자 마커 개발을 통한 품종육성을 수행하고 있다. 따라서 본 보고에서 밝힌 최근의 배추 분자 마커의 활용 현황은 앞으로 배추를 포함한 배추과 작물의 유전자원 확보 및 보존의 금후 전략 수립은 물론, 품종육성을 위한 분자 마커를 이용한 분자육종의 방향 및 전략 수립에 도움이 될 것이며, 우수 품종육성을 통한 전략적 종자산업 육성을 위한 기반이 될 것이다.
분자 마커 기반의 genomics-assisted selection은 우수한 형질을 가진 개체를 선발하는데 높은 효율성을 주고, 순도 향상, 육종 연한 단축, 노동력 감소 등을 통해 작물의 형질 개선 및 우수 품종 개발에 큰 효과를 가져다 줄 수 있다. 특히, 병충 저항성, 기후적 조건에 대한 저항성과 같은 형질을 가진 품종 개발에 큰 기대효과를 가질 수 있을 것으로 전망한다. 배추의 경우 유전체 정보가 밝혀진 이래 이미 각국에서 다양한 종류의 분자 마커 개발을 통한 품종육성을 수행하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 4대 채소작물에는 어떤 것이 있는가?
배추는 우리나라 4대 채소작물(생산면적(ha) 기준 - 배추, 무, 고추, 마늘) 중의 하나이며, 한국 고유 발효 식품 중에 하나인 김치의 주재료로서 이용되고 있다. 영양학적 측면에서 주로 잎을 통해 비타민, 미네랄 및 식이섬유를 제공하고 있다.
고전 육종법에 생명 공학 기술을 접목한 분자 마커 개발 기술은 작물 육종 시 어떤 효과를 갖는가?
1990년 이후 종자산업의 육성 및 국가 경쟁력 향상을 위해 국내 육종 기술 체계의 새로운 패러다임이 요구되었고, 이에 따라 고전 육종법에 생명 공학 기술(예, 형질전환 기술 및 분자 마커 개발 기술)의 접목이 이루어져 육종의 효율화와 고품질 품종 개발을 도모하고 있다. 특히, 작물 육종 시 분자 마커의 응용은 우수 형질을 가진 육종 재료들의 효율적인 선발을 가능케 하고, 순도 향상, 육종 연한 및 노동력 감소라는 큰 효과를 주고 있다. 게다가 이러한 접근법은 선발 이후 고전 육종법(교배)이 적용되기 때문에 친환경적 농업 전략에도 매우 잘 부합되는 것으로 평가 받고 있다.
2012년 국내 배추 재배면적과 생산량은 어떠한가?
영양학적 측면에서 주로 잎을 통해 비타민, 미네랄 및 식이섬유를 제공하고 있다. 2012년 국내 배추 재배면적은 약 35,513ha(전체 채소재배면적 224,713ha 중 6.31%를 차지함)에 달하며, 생산량은 약 181.6만 톤으로 조사되었다(Statistics Korea, 2013). 배추가 주재료인 전체 김치 시장의 규모는 2012년 기준 2조 4천 254억원으로 보고되었다(Ahn and Lee, 2013).
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