[논문]백색 양송이 신품종 '도담' 육성

오연이; 남윤걸; 장갑열; 오민지; 임지훈; 이슬기; 공원식

doi:10.14480/jm.2018.16.4.279

백색 양송이 신품종 '도담' 육성
Breeding a new white button mushroom cultivar 'Dodam' 원문보기

Journal of mushrooms = 한국버섯학회지, v.16 no.4, 2018년, pp.279 - 286

오연이 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과) , 남윤걸 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과) , 장갑열 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과) , 오민지 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과) , 임지훈 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과) , 이슬기 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과) , 공원식 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 버섯과)

초록
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양송이는 전 세계적으로 가장 많이 재배하는 버섯으로 특용작물생산실적의 2016년 통계자료에 의하면 국내 생산량은 10,173톤, 국내 생산액은 590억원이다. 현재 10개의 품종이 개발되었지만, 농업인들은 계속적으로 품질이 우수한 버섯 신품종을 요구하고 있다. 이에 우량계통을 육성하기 위해 수집된 170개의 유전자원 중에서 KMCC00754와 KMCC00775은 모균주로 선발되었다. 그리고 KMCC00754에서 120점의 단포자에서 동형핵균주로 추정되는 균주를 25점 선발하였고, KMCC00775에서는 120점의 단포자에서 6점을 AbSSR45마커를 가지고 각각 선발하였다. 이 동형핵균주로 교잡주를 육성하여 다시 SSR마커로 분석하였다. 그 결과 50%의 교잡율로 150점의 교잡주에서 74점이 교잡된 것을 확인하였으며, 이 균주들을 3회 재배하고 특성을 평가하였다. 최종적으로 Abs2-2015-16을 우량계통으로 선발하여 2017년에 신품종 '도담'이 육성되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The button mushroom, Agaricus bisporus, is one of the most widely cultivated mushrooms. The domestic production of cultivated mushrooms in 2016 was approximately 10,173 tons, with a total value of 59 billion won. Currently, 10 cultivars have been developed; however, Korean farmers continue to demand new cultivars of mushrooms with improved quality. To breed superior lines, KMCC00754 and KMCC00775 were selected as mother strains from the 170 collected genetic resources. The putative homokaryotic strains were 25 strains from the 120 SSIs of KMCC00754 and six strains from the 120 SSIs of KMCC00775 selected by using the AbSSR45 marker. These homokaryotic strains were crossed with each other and the crossing was confirmed by SSR analysis. Seventy-four lines were crossed into 150 lines for a 50% ratio of crossing. Abs2-2015-16 was selected as a superior line by three cultivations. A new cultivar, 'Dodam', was developed in 2017.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. The list of primer in this study
그림 Fig 1. The selection of the homokaryons using the AbSSR45 marker (Left KMCC00754; Right KMCC00775).
표 Table 1. The list of primer in this study
표 Table 2. The agronomic and morphological characteristics of the selected strains
그림 Fig 2. The confirmation of the crossing with homokaryons(KMCC00754 and KMCC00775) by the capillary electrophoresis (M: 1kb marker; 1: KMCC00754-11(homokaryon) ; 2: KMCC00775-12((homokaryon) ; 3: KMCC00754-11XKMCC00775-12(crossed line) ; 4: KMCC00754-12 ; 5: KMCC00775-26 ; 6: KMCC00754-12XKMCC00775-26 ; 7: KMCC00754-78 ; 8: KMCC00775-12 ; 9: KMCC00754-78XKMCC00775-12 ; 10: KMCC00754-78 ; 11: KMCC00775-26 ; 12: KMCC00754-78XKMCC00775-26 ; 13: KMCC00754-91 ; 14: KMCC00775-48 ; 15: KMCC00754-91XKMCC00775-48 ; 16: KMCC00754-91 ; 17: KMCC00775-52 ; 18: KMCC00754-91XKMCC00775-52).
그림 Fig 3. The band size of the PCR products using the AbSSR45 marker.
표 Table 3. The list of the crossed lines with homokaryons of KMCC00754 and homokaryons of KMCC00775.
표 Table 4. The agronomic and morphological characteristics of the selected strains in the crossed lines.
그림 Fig 4. Selection of superior line through three button mushroom cultivations (A: Superior line in 1^st box cultivation; B Superior line in 3^rd block cultivation; C Superior line in mushroom farm)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 2012년도에 개발한 ‘새도’품종의 색과 품질을 개선하고자, 국립원예특작과학원이 보유하고 있는 유전자원에서 우수자원을 선발하여 단단하고 갓색이 우수한 품종을 육성하였다.

제안 방법

교잡주에 대한 재배는 종균 500 g/ box에 볏짚퇴비배지(10 kg/box) 상자재배와 균상재배로 모본선발과정과 동일한 조건으로 재배되었으며, 우수계통을 선발하기 위하여 3회에 걸쳐 실시하였다. 1차 재배는 전체 교잡주를 3반복으로 상자재배하고, 2차 재배는 선발된 교잡주를 10반복으로 상자재배하고, 3차 확대재배는 선발된 교잡주를 3반복으로 균상(3.08 m² /계통)에서 재배하였다. 선발된 균주는 198 m² 규모의 경주와 부여 농가 에서 실증하였다.
PCR 반응은 Prime Taq Premix(Genetbio, G-3000)을 사용하여 GeneAmp ® PCR System 9700(Applied Biosystems) 기계로 Table 1의 마커들을 사용하여 94°C(3 min) 이후 94°C(60 sec), 마커의 Tm(60 sec), 72°C (60 sec)을 한 cycle로 35회를 수행한 후 72°C(5 min) 처리하고 4°C 휴지조건으로 증폭하였다.
교잡주를 형성하기 위해 SSR마커로 선발된 잠재적인 동형핵균주의 단포자(putative homokaryotic SSIs)는 CDA배지에서 교잡되었다. 각 동형핵균주의 단포자들은 10mm정도 사이로 균사체를 서로 대치배양하고, 균총이 만나는 부위 또는 균총이 만나서 솜털같이 생긴 부위를 떼어서 2차례 계대 배양하여 교잡형성이 된 자리를 선발하였다. 교잡여부를 확인하기 위해 Table 1의 SSR마커로 동형핵균주 선발과 같이 PCR분석을 하였다.
각 동형핵균주의 단포자들은 10mm정도 사이로 균사체를 서로 대치배양하고, 균총이 만나는 부위 또는 균총이 만나서 솜털같이 생긴 부위를 떼어서 2차례 계대 배양하여 교잡형성이 된 자리를 선발하였다. 교잡여부를 확인하기 위해 Table 1의 SSR마커로 동형핵균주 선발과 같이 PCR분석을 하였다.
교잡이 확인된 74점의 교잡주에 Ab2-2015 계통번호를 부여하고(Table 3), 이 균주들을 볏짚발효퇴비배지를 이용 하여 16°C, 85% 조건으로 상자재배하였고, 자실체가 발생한 31개의 계통과 선발된 모균주 그리고 대조구인 ‘새도’ 품종과 같이 재배 및 형태적 특성을 평가하였다.
교잡이 확인된 균주 중에서 우수계통을 선발하기 위해 교잡주를 재배하였다. 교잡주에 대한 재배는 종균 500 g/ box에 볏짚퇴비배지(10 kg/box) 상자재배와 균상재배로 모본선발과정과 동일한 조건으로 재배되었으며, 우수계통을 선발하기 위하여 3회에 걸쳐 실시하였다.
동형핵균주 교잡

교잡주를 형성하기 위해 SSR마커로 선발된 잠재적인 동형핵균주의 단포자(putative homokaryotic SSIs)는 CDA배지에서 교잡되었다. 각 동형핵균주의 단포자들은 10mm정도 사이로 균사체를 서로 대치배양하고, 균총이 만나는 부위 또는 균총이 만나서 솜털같이 생긴 부위를 떼어서 2차례 계대 배양하여 교잡형성이 된 자리를 선발하였다.
교잡이 확인된 균주 중에서 우수계통을 선발하기 위해 교잡주를 재배하였다. 교잡주에 대한 재배는 종균 500 g/ box에 볏짚퇴비배지(10 kg/box) 상자재배와 균상재배로 모본선발과정과 동일한 조건으로 재배되었으며, 우수계통을 선발하기 위하여 3회에 걸쳐 실시하였다. 1차 재배는 전체 교잡주를 3반복으로 상자재배하고, 2차 재배는 선발된 교잡주를 10반복으로 상자재배하고, 3차 확대재배는 선발된 교잡주를 3반복으로 균상(3.
단포자들 중 동형핵균주를 선발하기 위해 SSR(Simple Sequence Repeat) 분석을 실시하였다. DNA 추출은 Nam et al.
동형핵균주는 세포질내 같은 종류의 핵이 존재하는 것으로 일반적으로 자실체를 형성하지 못한다. 따라서 동형 핵균주내에 자실체 발생을 조사하여 SSR마커로 선발된 동형핵균주를 재확인하였다. 그 결과 KMCC00754의 동형핵균주 25점에서 11점, 약 44%가 자실체를 발생하였고, KMCC00775의 동형핵균주 6점에서 3점, 약 50%가 자실 체가 발생하였다.
버섯 포자는 90 × 15mm 페트리디쉬에 수확한 자실체를 1~2일 동안 거치한 뒤 수집하였다.
선발된 동형핵균주를 각각 Mono-mono로 CDA배지에서 교잡하고, 교잡주의 균사체를 확보하여 DNA 분리 후 SSR마커(Table 1)로 PCR후 모세관전기영동으로 교잡여 부를 확인하였다(Fig 2). 대부분의 교잡주는 200bp에서 3개의 peak를 보였다(Fig 3).
우수자원을 선발하기 위해 양송이 수집균주 170점을 1 월에 1반복으로 상자재배 하였다. 그 중에서 수확량, 자실 체의 재배 및 형태적 특성을 조사하여 우수한 국내수집균주 KMCC00754, KMCC00775을 선발하였다(Table 2).
그리고 KMCC00754에서 120점의 단포자에서 동형핵균주로 추정되는 균주를 25점 선발하였고, KMCC00775에서는 120점의 단포자에서 6점을 AbSSR45마커를 가지고 각각 선발하였다. 이 동형핵균주로 교잡주를 육성하여 다시 SSR마커로 분석하였다. 그 결과 50%의 교잡율로 150점의 교잡주에서 74점이 교잡된 것을 확인하였으며, 이균주들을 3회 재배하고 특성을 평가하였다.
자원마다의 특성을 파악하기 위해 자실체는 갓이 완전히 피기 전, 농가에서 주로 생산 되는 형태로 1·2주기 동안 수확하여 Oh et al. (2014) 문헌에 따라 수확량, 개체중, 갓의 직경·두께·색도·경도, 대의 두께·길이, 초발이일수를 측정하였다.

대상 데이터

국립원예특작과학원에서 보유중인 170점의 수집 유전 자원 중에서 우수모본을 선발하기 위해 Oh et al. (2015) 문헌에 따라 재배를 하였다. 자원마다의 특성을 파악하기 위해 자실체는 갓이 완전히 피기 전, 농가에서 주로 생산 되는 형태로 1·2주기 동안 수확하여 Oh et al.
우수자원을 선발하기 위해 양송이 수집균주 170점을 1 월에 1반복으로 상자재배 하였다. 그 중에서 수확량, 자실 체의 재배 및 형태적 특성을 조사하여 우수한 국내수집균주 KMCC00754, KMCC00775을 선발하였다(Table 2). 선발된 균주에서 포자를 수집하여 CDA배지에 도말하고 2주간 배양하여 단포자를 KMCC00754는 120점, KMCC00775은 120점 분리하였다.
이에 우량계통을 육성하기 위해 수집된 170개의 유전자원 중에서 KMCC00754와 KMCC00775은 모균주로 선발되었다. 그리고 KMCC00754에서 120점의 단포자에서 동형핵균주로 추정되는 균주를 25점 선발하였고, KMCC00775에서는 120점의 단포자에서 6점을 AbSSR45마커를 가지고 각각 선발하였다. 이 동형핵균주로 교잡주를 육성하여 다시 SSR마커로 분석하였다.
양송이는 균주마다 동형핵균주를 선발할 때 활용할 수 있는 마커가 달라서 그때마다 동형핵균주 선발마커를 선발해야 하기에 개발된 25개 SSR마커 중 KMCC00754와 KMCC00775 균주의 단포자 DNA에 적용되는 AbSSR45 SSR마커를 본 연구에서 선발하여 사용하였다(Fig 1). 선발된 AbSSR45 마커로 PCR후 2% gel에 100 V, 100 min 전기영동 실시한 결과 KMCC00754 단포자 120점 중 동형핵균주 25점 선발 하였고, KMCC00775 단포자 120점 중 동형핵균주 6점 선발하였다.
선발된 계통은 2차로 상자재배하여 16°C, 85% 조건으로 재배하여 형태 및 재배적 특성으로 Abs2-2015-16, 26, 44 등 3점을 선발하였다.
08 m² /계통)에서 재배하였다. 선발된 균주는 198 m² 규모의 경주와 부여 농가 에서 실증하였다.
선발된 균주에서 포자를 수집하여 CDA배지에 도말하고 2주간 배양하여 단포자를 KMCC00754는 120점, KMCC00775은 120점 분리하였다. 양송이는 균주마다 동형핵균주를 선발할 때 활용할 수 있는 마커가 달라서 그때마다 동형핵균주 선발마커를 선발해야 하기에 개발된 25개 SSR마커 중 KMCC00754와 KMCC00775 균주의 단포자 DNA에 적용되는 AbSSR45 SSR마커를 본 연구에서 선발하여 사용하였다(Fig 1). 선발된 AbSSR45 마커로 PCR후 2% gel에 100 V, 100 min 전기영동 실시한 결과 KMCC00754 단포자 120점 중 동형핵균주 25점 선발 하였고, KMCC00775 단포자 120점 중 동형핵균주 6점 선발하였다.
이 후 경주와 부여 농가에서 현장실증을 하여 두 계통 사이에 균사배양과 수량성은 차이가 없었으며, Abs2-2015-16 이 단단하면서 품질이 좋다고 평가되어 최종 선발하였고, 2017년에 농촌진흥청 직무육성심의회를 통과하여 신품종 ‘도담’을 육성하였다(Fig 4).
현재 10개의 품종이 개발되었지만, 농업인들은 계속적으로 품질이 우수한 버섯 신품종을 요구하고 있다. 이에 우량계통을 육성하기 위해 수집된 170개의 유전자원 중에서 KMCC00754와 KMCC00775은 모균주로 선발되었다. 그리고 KMCC00754에서 120점의 단포자에서 동형핵균주로 추정되는 균주를 25점 선발하였고, KMCC00775에서는 120점의 단포자에서 6점을 AbSSR45마커를 가지고 각각 선발하였다.

이론/모형

PCR 반응은 Prime Taq Premix(Genetbio, G-3000)을 사용하여 GeneAmp ® PCR System 9700(Applied Biosystems) 기계로 Table 1의 마커들을 사용하여 94°C(3 min) 이후 94°C(60 sec), 마커의 Tm(60 sec), 72°C (60 sec)을 한 cycle로 35회를 수행한 후 72°C(5 min) 처리하고 4°C 휴지조건으로 증폭하였다. 전기영동분석은 Nam et al. (2017) 문헌에 따라 진행하였다.

성능/효과

이에 교잡주 150점 중 74점의 교잡을 확인하였으며, 교잡율은 약 50%(=74/150)으로 나타났다. KMCC00754-11, 25, 40, 78, 83, 91, 93, KMCC00775-12, 26, 91의 교잡이 잘 되는 동형핵균주 중 자실체발생을 안하는 KMCC00754-11, 78, KMCC00775-26, 91 4균주를 선발하였고, KMCC00754-78와 KMCC00775-26은 서로 버섯이 발생되지 않은 동형핵균주끼리 교잡되었다는 것을 확인하였다.
이 동형핵균주로 교잡주를 육성하여 다시 SSR마커로 분석하였다. 그 결과 50%의 교잡율로 150점의 교잡주에서 74점이 교잡된 것을 확인하였으며, 이균주들을 3회 재배하고 특성을 평가하였다. 최종적으로 Abs2-2015-16을 우량계통으로 선발하여 2017년에 신품종 ‘도담’이 육성되었다.
따라서 동형 핵균주내에 자실체 발생을 조사하여 SSR마커로 선발된 동형핵균주를 재확인하였다. 그 결과 KMCC00754의 동형핵균주 25점에서 11점, 약 44%가 자실체를 발생하였고, KMCC00775의 동형핵균주 6점에서 3점, 약 50%가 자실 체가 발생하였다. UMAR와 VAN (1999) 문헌에서는 교배형 유전자좌에 의해 버섯발달 조절 유전자발현이 완벽 하게 조절되지 못하여 약 10~22%까지 동형핵 균주에서 버섯이 발생하는 것으로 보고되었다.
선발된 계통은 2차로 상자재배하여 16°C, 85% 조건으로 재배하여 형태 및 재배적 특성으로 Abs2-2015-16, 26, 44 등 3점을 선발하였다. 이를 균상재배하여 형태 및 재배적 특성을 평가한 결과, Ab2-2016-16은 품질면에서 경도가 높은 단단한 계통으로 선발되었고, Ab2-2016-44는 수확량 측면에서 다발성 계통으로 선발하였다. 이 후 경주와 부여 농가에서 현장실증을 하여 두 계통 사이에 균사배양과 수량성은 차이가 없었으며, Abs2-2015-16 이 단단하면서 품질이 좋다고 평가되어 최종 선발하였고, 2017년에 농촌진흥청 직무육성심의회를 통과하여 신품종 ‘도담’을 육성하였다(Fig 4).
대부분의 교잡주는 200bp에서 3개의 peak를 보였다(Fig 3). 이에 교잡주 150점 중 74점의 교잡을 확인하였으며, 교잡율은 약 50%(=74/150)으로 나타났다. KMCC00754-11, 25, 40, 78, 83, 91, 93, KMCC00775-12, 26, 91의 교잡이 잘 되는 동형핵균주 중 자실체발생을 안하는 KMCC00754-11, 78, KMCC00775-26, 91 4균주를 선발하였고, KMCC00754-78와 KMCC00775-26은 서로 버섯이 발생되지 않은 동형핵균주끼리 교잡되었다는 것을 확인하였다.

후속연구

이때, 서로 버섯이 발생되지 않은 동형핵균주(KMCC00754-78 x KMCC00775-26)끼리 교잡되었던 Abs2-2015-50 균주는 자실체가 발생되지 않았다. 이 결과는 앞에서 이야기한 UMAR와 VAN (1999) 문헌에서와 같이 교배형 유전 자좌에 의해 버섯발달 조절 유전자발현이 완벽하게 조절 되지 못하여서 발생할 수 있다고 생각되며, 또한 아직까지 SSR 마커가 동행혁 균주 선발과 교잡을 확인하기에 한계가 있는 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양송이의 품종개발 연구가 어려운 이유는?	양송이의 세계적 산업규모에 비해 품종개발의 어려움으로 품종개발 연구는 점점 줄어들고 있다. 다른 버섯과 달리 양송이는 이차 자웅동주성(secondary homothalism)으로 한 담포자내에 두 개의 반수체핵(haploid nuclei)을 가지는 다핵성(multinucleate)을 지닌다. 이에 따라 교잡을 하지 않아도 포자내에 화합성을 가진 두 개의 핵이 임성을 띄어 대다수의 담자포자가 자실체를 형성한다. 이에 교잡을 위한 모균주인 동형핵균주 확보가 어렵고, 교잡후 꺽쇠연결체(clamp connection)가 형성되지 않아 교잡을 확인하기가 어려워(Rapar and Raper, 1972), 분자생물 학적 방법으로 SSR마커를 이용하여 분석하고 있다. 또한, 최초의 양송이 교잡품종 Horst U1이 1981년 개발된 이후 동종 품종의 조직분리나 단포자 분리에 의한 품종 육성으로 품종 간 유전적 다양성이 느타리 등에 비하여 월등히 떨어진다는 보고가(Sonnenberg et al, 2011)있으며, 다른 버섯처럼 형태적으로 표현형의 한계를 가져 현재 재배적 특성의 구별성을 가지는 계통을 육성하고 있는 실정이다.
	양송이가 다른 버섯들과 다른 특성은?	양송이의 세계적 산업규모에 비해 품종개발의 어려움으로 품종개발 연구는 점점 줄어들고 있다. 다른 버섯과 달리 양송이는 이차 자웅동주성(secondary homothalism)으로 한 담포자내에 두 개의 반수체핵(haploid nuclei)을 가지는 다핵성(multinucleate)을 지닌다. 이에 따라 교잡을 하지 않아도 포자내에 화합성을 가진 두 개의 핵이 임성을 띄어 대다수의 담자포자가 자실체를 형성한다.
	양송이란?	양송이는 전 세계적으로 가장 많이 재배하는 버섯으로 특용작물생산실적의 2016년 통계자료에 의하면 국내 생산량은 10,173톤, 국내 생산액은 590억원이다. 현재 10개의 품종이 개발되었지만, 농업인들은 계속적으로 품질이 우수한 버섯 신품종을 요구하고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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