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벼멸구 저항성 유전자에 대한 국내 벼멸구의 생물적 반응 연구
Biological Response of Resistant Genes to Korean Brown Planthopper, Nilaparvata lugens Stål 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.29 no.2 = no.226, 2019년, pp.202 - 208  

최낙중 (국립식량과학원 작물기초기반과) ,  김광호 (국립농업과학원 작물보호과) ,  백채훈 (농촌진흥청) ,  이봉춘 (국립식량과학원 작물기초기반과)

초록
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벼멸구는 국내로 비래하여 벼에 가장 큰 피해를 주는 해충 중 하나이고, 매년 열대 및 아열대 지역에서 저기압 기류를 타고 침입한다. 따라서 벼멸구의 효과적인 방제를 위해 저항성 정도를 모니터링 하는 것은 매우 중요한 일이다. 국내 비래한 벼멸구를 지역별로 구분하여 벼멸구 저항성 유전자(Bph1, Bph2, Bph18)에 각각 접종하여 사육실의 동일한 환경조건($25{\pm}2^{\circ}C$, $60{\pm}5%\;RH$, L:D=16:8)에서 벼멸구의 감로 배설, 발육기간 및 산자수 등을 조사하였다. 얻어진 정보는 Jackknife 방법을 이용하여 생명표를 작성하였다. 벼멸구 저항성 유전자 중 Bph1 유전자에서 감로 분비량이 가장 적었고, 약충 발육기간은 $13.7{\pm}0.10$일(Bph2, 남해, 2015)에서 $18.5{\pm}1.06$일(Bph2, 사천, 2016)로 나타났다. 산란기간과 암컷수명은 감수성, Bph2 및 Bph18 (1980s 예외)에서 긴 것으로 조사되었고, 산자수도 2개의 동일한 저항성 유전자에서 많이 관찰되었다. 순증가율($R_0$)은 Bph2 유전자에서 지역에 관계없이 높은 것으로 나타났는데 내적자연증가율($r_m$)은 저항성 유전자에 대해 지역별로 차이를 보였다. 생명표는 벼멸구가 매년 다른 지역에서 비래하거나 그 생물적 특징이 다르다는 것을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Brown planthopper (BPH), Nilaparvata lugens Stål (Hemiptera: Delphacidae), is one of the most important migratory pests damaging rice in Korea. It invades annually from tropical and subtropical areas via continental air streams. It is necessary to determine the resistance levels of rice varieti...

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문제 정의

  • 본 연구는 벼멸구의 주요 저항성 유전자에 대하여 벼멸구의 섭식, 발육 및 생식을 조사하여 확보한 정보를 바탕으로 국내로 유입되는 벼멸구가 지역적으로 차이가 있는지를 밝혀내고, 비래 벼멸구 집단에서 저항성 유전자의 발현 정도를 확인하고자 하였다. 이러한 연구 결과를 토대로 벼 육종 과정에서의 벼 품종에 대한 저항성 판정 시 객관적인 판정기준 제시하고, 저항성 유전자에 대한 벼멸구의 저항성 메커니즘 정보와 살충제 사용의 절감 및 벼멸구 저항성 벼의 친환경 재배에 활용 가능성을 판단할 수 있는 기초자료를 확보하고자 수행하였다.
  • [6]은 벼멸구 계통에 따라 벼 품종에 대한 섭식선호성 및 산란선호성이 다르며, 벼멸구 저항성품종에서는 계통에 상관없이 섭식과 산란을 저해하는 효과가 있다고 보고하였다. 이 결과와 관련하여 본 연구는 벼멸구 저항성 유전자가 벼멸구의 산란에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해 산란 전 기간, 산란기간, 산란후 기간, 암컷 수명, 산자수 등을 조사하였다(Table 5).
  • 본 연구는 벼멸구의 주요 저항성 유전자에 대하여 벼멸구의 섭식, 발육 및 생식을 조사하여 확보한 정보를 바탕으로 국내로 유입되는 벼멸구가 지역적으로 차이가 있는지를 밝혀내고, 비래 벼멸구 집단에서 저항성 유전자의 발현 정도를 확인하고자 하였다. 이러한 연구 결과를 토대로 벼 육종 과정에서의 벼 품종에 대한 저항성 판정 시 객관적인 판정기준 제시하고, 저항성 유전자에 대한 벼멸구의 저항성 메커니즘 정보와 살충제 사용의 절감 및 벼멸구 저항성 벼의 친환경 재배에 활용 가능성을 판단할 수 있는 기초자료를 확보하고자 수행하였다

가설 설정

  • 1)The values followed by a common letter are not significantly different at the 5% level (DMRT)
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국제미작연구소에서 육종한 벼멸구 저항성 유전자를 포함한 품종은 무엇인가? 벼멸구를 방제하기 위해 주로 화학살충제를 사용하는데, 이에 따른 부작용이 발생하고 있다[7]. 이러한 부작용을 해소하고자, 1970대부터 저항성 품종 개발이 진행되었고[8], 국제미작연구소(IRRI, International Rice Research Institute)에서는 1973년에 벼멸구 저항성 유전자를 포함한 품종인 IR26 (Bph1), IR36 (Bph2)을 육성하였으며, 이후 PTB33 (Bph3)와 Babawee (Bph4)에서 유래된 저항성 품종을 육종하였다[1, 3, 11, 13]. 국내에서는 1977 년 밀양30호를 시작으로 Bph2 유전자가 도입된 ‘화청’(1986년), ‘하남’(2005년), ‘다청’(2009년), ‘친농’(2011년) 등 23 품종의 벼멸구 저항성 벼를 개발하였다[14, 21].
국내에서 분자육종법을 통해 육성한 Bph18 벼멸구 저항성 유전자를 포함한 품종은 무엇인가? 국내에서는 1977 년 밀양30호를 시작으로 Bph2 유전자가 도입된 ‘화청’(1986년), ‘하남’(2005년), ‘다청’(2009년), ‘친농’(2011년) 등 23 품종의 벼멸구 저항성 벼를 개발하였다[14, 21]. 최근에는 병해충 저항성 유전자와 밀접하게 연관된 분자표지를 이용한 분자육종법을 통하여 벼멸구 저항성 유전자인 Bph18 [12]을 ‘주남(2000년)’에 여교잡하여 복합 내병충성인 고품질 벼 품종인 ‘안미’를 육성하였다[21]. 
벼멸구는 열대 및 아열대 지역에서 어떻게 국내로 매년 침입하는가? 벼멸구는 국내로 비래하여 벼에 가장 큰 피해를 주는 해충 중 하나이고, 매년 열대 및 아열대 지역에서 저기압 기류를 타고 침입한다. 따라서 벼멸구의 효과적인 방제를 위해 저항성 정도를 모니터링 하는 것은 매우 중요한 일이다.
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참고문헌 (25)

  1. Alam, S. N. and Cohen, M. B. 1998. Detection and analysis of QTLs for resistance to the planthopper, Nilaparvata lugens, in a doubled-haploid rice population. Theor. Appl. Genet. 97, 1370-1379. 

  2. Awmack, C. S. and Leather, S. R. 2002. Host plant quality and fecundity in herbivorous insects. Annu. Rev. Entomol. 47, 817-844. 

  3. Brar, D. S., Virk, P. S., Jena, K. K. and Khush, G. S. 2009. Breeding for resistance planthoppers in rice, pp. 401-409. In: Heong, K. L. and Hardy, B. (eds.), Planthoppers: New Threats to the Sustainability of Intensive Rice Production Systems in Asia. International Rice Research Institute Publishers: Los Bans, Philippines. 

  4. Choi, J. S. and Park, Y. D. 1999. Differences of the honeydew excretion in growing characteristics of the brown planthopper, Nilaparvata lugens Stal. biotypes on different cultivars of rice with various resistance genes. J. Life Sci. 9, 121-126. 

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  6. Cohen, M. B., Alam, S. N., Medina, E. B. and Bernal, C. C. 1997. Brown planthopper, Nilaparvata lugens, resistance in rice cultivar IR64: mechanism and role in successful N. lugens management in Central Luzon, Philippines. Entomol. Exp. Appl. 85, 221-229. 

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  8. Heinrichs, E. A. 1986. Perspectives and directions for the continued development of insect-resistant rice varieties. Agric. Ecosyst. Environ. 18, 9-36. 

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  11. Jena, K. K. and Kim, S. K. 2010. Current status of brown planthopper (BPH) resistance and genetics. Rice 3, 161-171. 

  12. Jena, K. K., Jeung, J. U., Lee, J. H., Choi, H. C. and Brar, D. S. 2006. High-resolution mapping of a new brown planthopper (BPH) resistance gene, Bph18(t), and marker-assisted selection for BPH resistance in rice (Oryza sativa L.). Theor. Appl. Genet. 112, 288-297. 

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  14. Kim, W. J., Park, H. S., Kim, H. S., Ha, K. Y., Cho, Y. C., Lee, J. H. and Kim, B. K. 2016. Response to brown planthopper resistance genes at rice seedling stage. Kor. J. Breed. Sci. 48, 29-36. 

  15. Lee, J. H., Yeo, U. S., Kwak, D. Y., Park, D. S., Oh, B. G., Ku, Y. C., Kim, H. Y. and Sohn, J. K. 2005. QTL analysis for ripening traits of BPH resistant backcross inbred in rice. Kor. J. Breed. Sci. 37, 295-299. 

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  17. Maia, A. H. N., Luiz, A. J. B. and Campanhola, C. 2000. Statistical influence on associated fertility life table parameters using Jackknife technique: Computational Aspects. J. Econ. Entomol. 93, 511-518. 

  18. Paguia, P., Pathak, M. D. and Heinrichs, E. A. 1980. Honeydew excretion measurement techniques for determining differential feeding activity of biotypes of Nilaparvata lugens on rice varieties. J. Econ. Entomol. 73, 35-40. 

  19. Park, Y. D. and Song, Y. H. 1988. Preference, development and fecundity of the brown planthopper (Nilaparvata lugens Stal) biotypes fed on different cultivars of rice with various resistance gene. Kor. J. Appl. Entomol. 27, 87-93. 

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  21. Seo, J. P., Jeong, J. U., Kim, Y. G., Jena, K. K., Cho, Y. C., Lee, J. H., Kim, M. K., Hong H. C., Lee, J. H., Kim, J. J., Choi, I. S., Jeong, E. G., Hwang, H. G., OH, S. K., Yang, C. I. and Shin, M. S. 2014. A brown planthopper resistant and high grain quality rice variety 'Anmi' developed by molecular breeding method. Kor. J. Breed. Sci. 46, 152-159. 

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  23. Tanaka, K. and Matsumura, M. 2000. Development of virulence the resistant rice varieties in the brown planthopper, Nilaparvata lugens (Homoptera: Delphacidae), immigrating into Japan. Appl. Entomol. Zool. 35, 529-533. 

  24. Van Lanteren, J. C. and Noldus, L. P. J. J. 1990. Whitefly plant relationships, behavioural and ecological aspects, pp. 47-89. In: Gerling, D. (eds.), White Flies: Their Bionomics, Pest Status and Management. Intercept Press Publisher: Andover, UK. 

  25. Yeo, U. S. and Sohn, J. K. 1995. Effective screening methods and inheritance of resistance to brown planthopper (Nilaparvata lugens Stal.) in rice. Kor. J. Breed. 27, 372-379. 

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