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문제 정의
- , 2016; Kwak & Yeo, 2004) 등에 대한 연구가 보고된 바 있다. 본 연구에서는 국외 도입 유색미 유전자원의 생육특성 및 품질 관련 특성을 조사하고 그 결과를 바탕으로 다변량 분석을 통해 자원군을 구분하고자 하였다.
- 우리나라에 도입된 유색미 유전자원 178점의 생육 및 품질특성 변이를 평가하고 주성분 분석을 통해 유전자원을 분류하여 벼 육종의 기초자료로 활용하고자 연구를 수행하였다.
제안 방법
- Table 4. Relation coefficients between growth and quality characteristics and principal components (PCs) of the 178 colored rice accessions analyzed.
대상 데이터
- 시험에 활용된 유색미 178 유전자원은 육성계통이 45자원, 품종이 44자원, 잡초형이 16자원, 재래종이 73자원이 이용되었으며, 대륙별(국가별)로는 아프리카 3자원, 아메리카 2자원, 아시아 150자원, 유럽 5자원, 원산지 미상이 18자원이었다. 유색미 유전자원의 종피색은 암자색(흑색) 5자원, 짙은 갈색 94자원, 자색 25자원, 적색 45자원, 얼룩진 갈색 4자원 및 얼룩진 자색 5자원이었다(Table 1).
- 시험에 활용된 유전자원은 농촌진흥청 농업유전자원센터로부터 분양받았으며, 경남 밀양에 위치한 국립식량과학원 남부작물부 시험포장에서 2015년 5월 13일에 파종하였으며, 이앙은 6월 3일에 주당 1본씩 30×15 cm 간격으로 실시하였다.
데이터처리
- 95), 아밀로스 함량은 Juliano (1985)의 비색정량법(발색온도 30°C)에 따라 전분 호화액을 요오드 정색반응 후 620 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. 통계프로그램 R (V.3.4.4)를 이용하여 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 수행했고, Average Linkage Cluster 방법으로 군집분석을 수행하였다.
이론/모형
- 생육 및 수량구성요소에 해당하는 형질의 조사는 농업유전자원자원센터의 벼 특성평가 기준(RDA, 2006)에 준하였고, 쌀의 단백질 및 아밀로스함량은 농촌진흥청 표준조사방법(RDA,2003)에 따라 단백질은 Micro Kjeldahl법(Nx5.95), 아밀로스 함량은 Juliano (1985)의 비색정량법(발색온도 30°C)에 따라 전분 호화액을 요오드 정색반응 후 620 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 계산하였다.
- 시험에 활용된 유전자원은 농촌진흥청 농업유전자원센터로부터 분양받았으며, 경남 밀양에 위치한 국립식량과학원 남부작물부 시험포장에서 2015년 5월 13일에 파종하였으며, 이앙은 6월 3일에 주당 1본씩 30×15 cm 간격으로 실시하였다. 시비량은 질소(N2O)-인산(P2O5)-칼리(K2O)를 10a당 성분량으로 9.0-4.5-5.7 kg를 시용하였으며, 기타 물 관리나 병해충 방제는 농촌진흥청 표준재배법에 준하였다. 생육 및 수량구성요소에 해당하는 형질의 조사는 농업유전자원자원센터의 벼 특성평가 기준(RDA, 2006)에 준하였고, 쌀의 단백질 및 아밀로스함량은 농촌진흥청 표준조사방법(RDA,2003)에 따라 단백질은 Micro Kjeldahl법(Nx5.
성능/효과
- 1. 도입 유색미 유전자원 178점의 변이계수는 이삭길이, 단백질 함량이 가장 높았고, 장폭비, 천립중, 간장, 아밀로스 함량 순으로 높았고, 수량구성요소인 주당수수가 가장 낮았다.
- 2. 유색미 유전자원의 생육 및 품질특성에 대한 주성분 분석 결과, 각 주성분의 고유값과 기여율은 제1주성분2.06개, 29.49%, 제2주성분 1.31개, 18.75%, 제3주성분1.21개, 17.36% 및 제4주성분 1.01개, 14.38%로 4개의 주성분 고유값이 1 이상이며, 누적기여율이 79.98%로 도입 유색미 유전자원 평가가 가능하였다.
- 3. 군집분석 결과, I군집은 79자원이 포함되었으며, II, III, IV, V, VI, VII군집은 각각 46자원, 19자원, 13자원, 4자원, 8자원 및 9자원이 분포하였다. I군집, II군집에는 짙은갈색의 자원이 많이 분포되었고, V군집, VI군집, VII군집에는 자색 계열의 종피색을 가진 자원이 많았다.
- II군집에서는 재래종 19자원(41%), 육성품종 13자원(28%), 육성계통 11자원(24%), 잡초형 3자원(7%)로 분포하였다. III군집은 재래종 13자원, 잡초형 4자원, 육성품종 2자원으로, 재래종이 군집내에서 68%로 많은 점유율을 보였고, IV군집에서는 재래종이 7자원, 육성품종이 4자원, 육성계통이 2자원 분포하였다. V군집과 VI군집, VII군집에서는 각각 4자원, 8자원, 9자원으로 다른 군집에 비하여 각 군집에 포함된 자원의 수가 적었다.
- VII군집에서 간장, 이삭길이, 장폭비가 다른 군집에 비해 평균값이 적었으며, V군집에서는 천립중 평균이 다른 군집에 비해 가장 낮았다. IV군집에서는 평균 주당수수 가장 낮았으나, 천립중 평균은 가장 높게 나타났다.
- 군집분석 결과, I군집은 79자원이 포함되었으며, II, III, IV, V, VI, VII군집은 각각 46자원, 19자원, 13자원, 4자원, 8자원 및 9자원이 분포하였다. I군집, II군집에는 짙은갈색의 자원이 많이 분포되었고, V군집, VI군집, VII군집에는 자색 계열의 종피색을 가진 자원이 많았다. 특히, V군집은 암자색과 자색만으로 자색계열의 종피색을 가진 자원만이 포함되어 있다.
- I군집에는 육성계통이 26자원이었으며, 육성품종이 17, 잡초형이 5자원, 재래종이 31자원으로, 군집내에서는 재래종(39%), 육성계통(33%), 육성품종(22%), 잡초형(6%) 순으로, 재래종이 가장 많았다. II군집에서는 재래종 19자원(41%), 육성품종 13자원(28%), 육성계통 11자원(24%), 잡초형 3자원(7%)로 분포하였다.
- 이러한 결과로 유색미 유전자원 중 수량이 우수한 자원을 선발할 경우에는 III군집과 V군집 보다는 I군집이나 II군집, VII군집이 보다 유용할 것으로 생각된다. VII군집에서 간장, 이삭길이, 장폭비가 다른 군집에 비해 가장 평균값이 적었으며, V군집에서는 천립중 평균이 다른 군집에 비해 가장 낮았다. IV군집에서는 평균 주당수수 가장 낮았으나, 천립중 평균은 가장 높게 나타난 것으로, 수중형 자원 선발을 위해서 효과적으로 이용될 가능성이 있을 것으로 생각된다.
- IV군집에서는 평균 주당수수 가장 낮았으나, 천립중 평균은 가장 높게 나타난 것으로, 수중형 자원 선발을 위해서 효과적으로 이용될 가능성이 있을 것으로 생각된다. V군집, VI군집,VII군집은 자색계열의 종피색을 가진 자원이 많았으며, 또한 아밀로스 평균값이 7이하로 나타난 특징이 있다. 이를 통해 분석 수치상으로 아밀로스가 낮은 것을 목표로 하는 육종 시 쉽게 자원을 선발할 수 있는 기준이 될 것으로 판단되며, 가공용 흑미 육종 시 유용한 자료로 사용될 수 있을 것이다.
- 안토시아닌은 고온에서 합성이 저하되고 저온에서 촉진되므로 출수기가 늦은 군집이 유리한데 II군집의 경우 출수기가 빨라서 색소 생성환경에 적합하지 않을 것으로 판단된다. 결론적으로 수량성, 생육특성, 출수기, 색택 등을 고려했을 때 VII군집이 적합할 것으로 판단되며 수량성이 높은 I, II, VII군집과 색택이 우수한 V군집, VI군집과의 교배를 통한 육종개량도 가능할 것으로 보인다.
- 따라서 제1주성분과 제2주성분에 높게 영향을 미친 간장, 이삭길이, 주당수수, 천립중 4가지 생육형질이 도입 유색미 유전자원을 분류하는데 매우 중요할 것으로 여겨진다. 다만, 생육 및 품질특성 변이 분석 결과(Table 2)에서 이삭길이와 단백질 함량 특성이 변이계수가 높아 형질평가에 유용할 것으로 검토된 결과를 상호 검토 시 주성분 분석은 서로 연관되어 있는 측정변수들을 서로 독립적인 소수의 인공변수인 주성분으로 차원축소를 꾀하는 것(Kang, 2013)이고 변이계수는 표준편차를 평균으로 나눈 상대적 분산정도를 나타내는 통계적 특성을 감안 시 다양한 유전적 변이 특성을 활용하기 위한 유전자원 형질평가는 변이계수 산출뿐만 아니라 주성분 분석을 통한 평가가 유용할 것으로 판단된다.
- 0%라고 보고한 바 있다. 변이계수는 이삭길이, 단백질 함량이 가장 높았고, 장폭비, 천립중, 간장, 아밀로스 함량 순으로 높았고, 수량구성요소인 주당수수가 가장 낮았다(Table 2). Malik (2011)에 따르면 변이계수가 높은 형질들이 자원의 다양성 평가 및 분류에 유용한 지표형질이 될 것이라는 점에서 이삭길이와 단백질 함량은 도입 유색미 유전자원의 형질 평가에 유용할 것으로 보여진다.
- 178개의 도입 유색미 유전자원에 대한 생육형질 및 품질특성의 최소, 최대, 평균, 표준편차 및 변이계수는 Table 2와 같다. 생육형질인 간장은 57.3 (IT 277450)~161.6 cm (IT114353)의 범위로 평균 106.7 cm이었고, 이삭길이는 14.9(IT 277412)~32.5 cm (IT 2346)범위로 평균 24.5 cm이었다. Kim et al.
- 2배(IT 251130,260078, 284199)였다. 아울러, 미질 특성을 나타내는 아밀로스와 단백질 성분에 있어서 아밀로스 함량 평균은 20.7%이었고, 단백질 함량 평균은 7.4%이었으며, 범위는 각각 3.8(IT 217781)~26.9% (IT 4568, 268236), 5.0 (IT 284216)~9.4%(IT 204465, 273565, 284186)이었다. Kwak (2011)은 국내육성연대별 주요 벼 품종의 단백질 함량은 1970년대 이전이8.
- 벼 생육형질 및 품질특성과 주성분 간의 관계를 나타내는 결과는 Table 4와 같다. 이는 각각의 주성분 결과에 벼 생육형질 및 품질특성이 관여하는 정도를 나타낸 것인데, 제1주성분에서는 간장과 이삭길이가 크게 연관되었고, 제2주성분에서는 주당수수와 천립중이 높게 관여된 것으로 나타났다. 제3주성분은 립(立)장폭비, 아밀로스함량이 크게 관여하였고, 제4주성분은 단백질함량이 크게 관여한 것으로 나타났다.
- 92 cm라고 보고한 결과를 비추어 볼 때 도입 유색미 유전자원 178자원의 평균 간장과 이삭길이가 국내 육성 벼 품종에 비해 긴것으로 나타났다. 이는 간장길이가 100 cm이상인 자원이 전체 자원 중 61% (108자원)를 차지하고, 이들 자원 중 재래종이 48자원, 육성계통이 27자원, 잡초형이 7자원이었으며, 이삭길이는 27 cm이상인 자원이 전체 자원 중 20% (36자원)를 차지했고, 이들 자원 중 재래종이 18자원, 육성계통이 8자원, 육성품종이 9자원인 점을 고려할 때, 육종 소재로 활용되는 재래종과 육성계통 도입 유색미 유전자원의 긴 간장과 이삭길이 특성이 결과에 영향을 많이 준 것으로 보여진다. 주당수수는 평균 7.
- 9%로 나타났다. 일반적으로 고유값이 1 이상이 되도록 주성분의 수를 결정(Janmohammadi et al., 2014)하고, 이들 주성분만을 선택하여 군집분류를 함에 따라, 본 연구에서는 분류된 4개 주성분의 고유값이 모두 1 이상인 것으로 나타났고, 제4주성분으로 전체 변이의 79.97%를 설명할 수 있기 때문에 이를 통해 유색미 도입 유전자원 178자원의 유전적 변이에 따른 분류가 가능한 것으로 나타났다. Kim et al.
- 이는 각각의 주성분 결과에 벼 생육형질 및 품질특성이 관여하는 정도를 나타낸 것인데, 제1주성분에서는 간장과 이삭길이가 크게 연관되었고, 제2주성분에서는 주당수수와 천립중이 높게 관여된 것으로 나타났다. 제3주성분은 립(立)장폭비, 아밀로스함량이 크게 관여하였고, 제4주성분은 단백질함량이 크게 관여한 것으로 나타났다. 따라서 제1주성분과 제2주성분에 높게 영향을 미친 간장, 이삭길이, 주당수수, 천립중 4가지 생육형질이 도입 유색미 유전자원을 분류하는데 매우 중요할 것으로 여겨진다.
후속연구
- V군집, VI군집,VII군집은 자색계열의 종피색을 가진 자원이 많았으며, 또한 아밀로스 평균값이 7이하로 나타난 특징이 있다. 이를 통해 분석 수치상으로 아밀로스가 낮은 것을 목표로 하는 육종 시 쉽게 자원을 선발할 수 있는 기준이 될 것으로 판단되며, 가공용 흑미 육종 시 유용한 자료로 사용될 수 있을 것이다.
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