[논문]저온에서 벼의 발아율 및 발아속도 관련 양적형질 유전자좌(QTL) 분석

김진희; 모영준; 하수경; 정지웅; 정종민

doi:10.7740/kjcs.2021.66.1.008

저온에서 벼의 발아율 및 발아속도 관련 양적형질 유전자좌(QTL) 분석
QTL Analysis of Germination Rate and Germination Coefficient of Velocity under Low Temperature in Rice 원문보기

Korean journal of crop science = 韓國作物學會誌, v.66 no.1, 2021년, pp.8 - 17

김진희 (농촌진흥청 국립식량과학원 작물육종과) , 모영준 (농촌진흥청 국립식량과학원 작물육종과) , 하수경 (농촌진흥청 국립식량과학원 작물육종과) , 정지웅 (농촌진흥청 국립식량과학원 작물육종과) , 정종민 (농촌진흥청 국립식량과학원 작물육종과)

초록
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자포니카 벼의 저온 스트레스 내성 증진을 위하여, RIL 계통을 이용하여 저온 스트레스 내성 QTL을 탐색하였다. 이를 통하여 (1) 5, 9번 염색체에서 저온발아에 관련한 '기호벼' 유래 QTL, qLTG5와 qLTG9를 확인하였으며, 7, 9번 염색체에서 저온 발아속도에 관련한 '밀양23호' 및 '기호벼' 유래 QTL, qOGCV7, qOGCV9를 확인하였다. (2) Duncan 검정결과, 그룹VII [qLTG5+qLTG9 (qOGCV9)], 그룹VIII [qLTG5+qOGCV7+qLTG9 (qOGCV9)]의 계통들이 저온 스트레스에 내성이 있는 것으로 확인 되었다. (3) 최근 발표된 RIL 집단 담수내성 계통과 비교한 결과, 저온 스트레스에도 내성이 있으면서 담수발아에도 내성이 있는 것으로 확인된 총 2개의 유망 유전자원을 선발하였다. 본 연구의 결과를 통해 저온 및 혐기 관련 QTL의 집적은 벼의 저온에서의 발아 및 초기 입모율을 높여 저온스트레스 내성 개선에 도움이 되는 것으로 판단 되었으며, 선발된 유망 계통은 향후 직파재배 품종 육성에 유용한 유전자원으로 활용되어 직파재배의 안정성 증대에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

As rice originates from tropical regions, low temperature stress during the germination stage in temperate regions leads to serious problems inhibiting germination and seedling establishment. Identifying and characterizing quantitative trait loci (QTLs) for low-temperature germination (LTG) resistance help accelerate the development of rice cultivars with LTG tolerance. In this study, we identified QTLs for LTG tolerance (qLTG5, qLTG9) and germination coefficient of velocity under optimal conditions (OGCV) (qOGCV7, qOGCV9) using 129 recombinant inbred lines (RILs) derived from the cross between a low-temperature sensitive line Milyang23 and a low-temperature tolerant variety Gihobyeo. qLTG9 and qOGCV9 were detected at the same location on chromosome 9. At both LTG QTLs (qLTG5 and qLTG9), the alleles for LTG tolerance were contributed by the japonica variety Gihobyeo. At qOGCV7 and qOGCV9, the alleles for low temperature tolerance were derived from Milyang23 and Gihobyeo, respectively. The RILs with desirable alleles at two or more QTLs, i.e., GroupVII: qLTG5+qLTG9 (qOGCV9) and GroupVIII: qLTG5+qOGCV7+qLTG9 (qOGCV9), showed stable tolerance under low-temperature stress. Our results are expected to contribute to the improvement of tolerance to low-temperature and anaerobic stress in japonica rice, which would lead to the wide adoption of direct-seeding practices.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Phenotypic data of seed germination characteristics among parent and RIL population.
그림 Fig. 1. Comparison of germination rate and germination coefficient of velocity (GCV) between two parents (a) Changes in germination rate of two parents during 14 days under low-temperature conditions (13℃). The open circles and black triangles represent the cumulative germination rates of the 'Milyang23' and 'Gihobyeo' at survey days, respectively. (b) Comparison of GCV of two parents under 30℃ (OGCV) and 13℃ (LGCV) conditions. * and ** significant difference at p < 0.05 and p < 0.01 by t-test.
그림 Fig. 2. Frequency distribution of germination rate (a) and GCV (b) among RILs. White bars (OTG, OGCV) and gray bars (LTG, LGCV) represent germination rate and GCV at optimal and low temperature condition, respectively.
표 Table 2. Summary of the molecular markers used for linkage map construction.
표 Table 3. QTL for germination rate identified from the Milyang23/Gihobyeo RIL population.
그림 Fig. 3. Chromosomal position of QTLs for LTG and OGCV. LOD curves of each trait were generated using QTL IciMapping ver. 4.1. The yellow marker on the left of each chromosome represents the flanking marker closest to QTL. Dotted line indicates the threshold LOD value of 3.07.
표 Table 4. QTL for germination speed identified from the Milyang23/Gihobyeo RIL population
그림 Fig. 4. LTG and LGCV of the RILs carrying different allele combinations of qLTG5, qLTG9 (qOGCV7), and qOGCV7. Letters from a to c indicate significantly different values according to the Duncan's multiple range test (α = 0.05). Errors bars indicate the standard errors of each category.
표 Table 5. Germination rate and germination coefficient of velocity of the RILs with different allelic combinations of the QTLs.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 ‘밀양23호’와 저온 발아성이 강한 것으로 보고된 ‘기호벼’의 교배를 통해 육성된 자식성재조합집단을 이용하여 저온발아율과 발아속도에 연관된 QTL을 탐색하고, 저온 스트레스 내성 품종 육성을 위한 육종 소재로서의 이용 가능성을 검토하였다.

제안 방법

5U의 Taq polymerase를 이용하여 총 20 µl의 PCR solution으로 실시하였다. GeneTouch (BIOER, China)를 사용하여, 95℃에서 8분간 초기 변성 후, 94℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 1분으로 총 35 cycle 반복한 후, 마지막으로 72℃ 에서 10분 반응하였다. PCR 산물은 수직 전기영동 장치 (Nihon Eido Co.
SSR 마커 분석을 위해 전체 671개의 마커에 대해 양친에 다형성 검정을 실시하고, 이 중 다형성을 보이는 424개 마커를 선별하여 RIL 집단의 유전자형 분석을 진행하였다. PCR 반응은 25 ng의 DNA template, Primer 10 µM, KCI 50 mM, MgCl₂ 1.5 mM, 그리고 0.5U의 Taq polymerase를 이용하여 총 20 µl의 PCR solution으로 실시하였다. GeneTouch (BIOER, China)를 사용하여, 95℃에서 8분간 초기 변성 후, 94℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 1분으로 총 35 cycle 반복한 후, 마지막으로 72℃ 에서 10분 반응하였다.
GeneTouch (BIOER, China)를 사용하여, 95℃에서 8분간 초기 변성 후, 94℃에서 30초, 55℃에서 30초, 72℃에서 1분으로 총 35 cycle 반복한 후, 마지막으로 72℃ 에서 10분 반응하였다. PCR 산물은 수직 전기영동 장치 (Nihon Eido Co. NA-1114)에서 natural acrylamide gel (8%)을 이용하여 전기영동 한 후, Silver staining (SILVER SEQUENCETM Staining Reagent Kit, Promega)로 염색하여 다형성을 확인하였다. SNP 유전형분석은 BeadXpress (Illumina^®)을 이용하였다.
NA-1114)에서 natural acrylamide gel (8%)을 이용하여 전기영동 한 후, Silver staining (SILVER SEQUENCETM Staining Reagent Kit, Promega)로 염색하여 다형성을 확인하였다. SNP 유전형분석은 BeadXpress (Illumina^®)을 이용하였다. 분석은 Vera Code manual protocol (Illumina, San Diego, CA, USA)의 방법에 따라 실시하고, Illumina BeadXpress Reader와 ALCHEMY software을 이용하여 유전자형을 분석하였다(Wright et al.
식물 재료의 DNA 추출은 파종 후 약 20일에 어린잎을 채취한 후 DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)를 이용하였다. SSR 마커 분석을 위해 전체 671개의 마커에 대해 양친에 다형성 검정을 실시하고, 이 중 다형성을 보이는 424개 마커를 선별하여 RIL 집단의 유전자형 분석을 진행하였다. PCR 반응은 25 ng의 DNA template, Primer 10 µM, KCI 50 mM, MgCl₂ 1.
2) 보고하였다. 기존 보고된 혐기발아내성 유전자위와 본 연구에서 탐색된 저온발아 연관 유전 자위 조합에 따른 담수상태에서 입모율을 조사하였다. 저온 발아 관련 QTL과 담수 발아 관련 QTL의 보유 여부에 따라 RIL 집단은 4개의 그룹으로 분류되었다(Table 5).
모부본과 RIL 집단의 발아특성 평가는 실내에서 항온기 (DAEYANG; Korea)를 사용하여 저온(13℃)과 상온(30℃) 에서 각각 온도차이에 따른 종자의 발아특성을 비교하였다. 종자의 발아특성을 평가하기 위한 대표 형질로 발아율과 발아 속도를 조사하였다.
특히 QTL pyramidinge 목표 특성을 가진 계통의 선택을 용이하게 한다. 본 연구에서는 저온발아 및 발아속도 간의 상호작용을 분석하였으며, 담수발아내성까지 비교하여 최종적으로 5개의 계통을 유망한 유전자원으로 선발하였다. 선발된 계통은 자포니카 ‘기호벼’에서 유래된 것으로원연교잡에 의한 불임, Linkage drag로 인한 열악 형질의 동반이 낮으며 저온 스트레스에 관한 QTL의 효과도 유지될 것으로 예상된다.
세개의 QTL의 유전자형과 저온 발아율 및 발아속도 사이의 관계에 기초하여 QTL의 조합에 따른 집적 효과를 확인하였다. 세개의 QTL의 유전자형에 집적 여부에 따라 129 개의 RIL 집단을 8개의 그룹으로 분류하였다(Fig.
세개의 QTL의 유전자형에 집적 여부에 따라 129 개의 RIL 집단을 8개의 그룹으로 분류하였다(Fig. 4). 저온 발아에 대한 8개 그룹의 발아율은 22.
이용하였다. 식물 재료의 DNA 추출은 파종 후 약 20일에 어린잎을 채취한 후 DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)를 이용하였다. SSR 마커 분석을 위해 전체 671개의 마커에 대해 양친에 다형성 검정을 실시하고, 이 중 다형성을 보이는 424개 마커를 선별하여 RIL 집단의 유전자형 분석을 진행하였다.
, 2008). 유의한 QTL을확인하기 위하여 발아관련 형질들과 전 유전체상의 유전자형에 대하여 1000-permutation test를 통해 p ≤ 0.05 수준에서 QTL 분석을 실시하였다.
자포니카 벼의 저온 스트레스 내성 증진을 위하여, RIL 계 통을 이용하여 저온 스트레스 내성 QTL을 탐색하였다. 이를 통하여 (1) 5, 9번 염색체에서 저온발아에 관련한 ‘기호벼’ 유래 QTL, qLTG5와 qLTG9를 확인하였으며, 7, 9번 염색 체에서 저온 발아속도에 관련한 ‘밀양23호’ 및 ‘기호벼’ 유 래 QTL, qOGCV7, qOGCV9를 확인하였다. (2) Duncan 검정 결과, 그룹Ⅶ [qLTG5+qLTG9 (qOGCV9)], 그룹Ⅷ [qLTG5+ qOGCV7+qLTG9 (qOGCV9)]의 계통들이 저온 스트레스에 내성이 있는 것으로 확인 되었다.
발아특성 검정은 충실한 종자 100 립을 거름종이 2장이 깔린 직경 9 cm 크기의 petri-dish에 균등하게 치상 한 후, 증류수 30 ml을 첨가하여 물 위에 뜨는 종자가 없도록 바닥에 가라앉혔다. 이후 petri-dish를 상온과 저온으로 조절된 항온기에 옮긴 후 상온조건은 치상 후 7일간, 저온조건은 14일간 실시하였으며 24시간 간격으로 발아한 종자수를 조사하였다. 종자 발아율(PG: Percent of Germination)은 공시한 종자수에 대해 검정 기간 동안 발아한 전체 종자수를 백분율로 계산하였다.
자포니카 벼의 저온 스트레스 내성 증진을 위하여, RIL 계 통을 이용하여 저온 스트레스 내성 QTL을 탐색하였다. 이를 통하여 (1) 5, 9번 염색체에서 저온발아에 관련한 ‘기호벼’ 유래 QTL, qLTG5와 qLTG9를 확인하였으며, 7, 9번 염색 체에서 저온 발아속도에 관련한 ‘밀양23호’ 및 ‘기호벼’ 유 래 QTL, qOGCV7, qOGCV9를 확인하였다.
이후 petri-dish를 상온과 저온으로 조절된 항온기에 옮긴 후 상온조건은 치상 후 7일간, 저온조건은 14일간 실시하였으며 24시간 간격으로 발아한 종자수를 조사하였다. 종자 발아율(PG: Percent of Germination)은 공시한 종자수에 대해 검정 기간 동안 발아한 전체 종자수를 백분율로 계산하였다. 종자의 발아 속도는 발아속도계수(GCV: Germination Coefficient of Velocity) 를 사용하여 계산하였다.
비교하였다. 종자의 발아특성을 평가하기 위한 대표 형질로 발아율과 발아 속도를 조사하였다. 발아특성 검정은 충실한 종자 100 립을 거름종이 2장이 깔린 직경 9 cm 크기의 petri-dish에 균등하게 치상 한 후, 증류수 30 ml을 첨가하여 물 위에 뜨는 종자가 없도록 바닥에 가라앉혔다.

대상 데이터

(2) Duncan 검정 결과, 그룹Ⅶ [qLTG5+qLTG9 (qOGCV9)], 그룹Ⅷ [qLTG5+ qOGCV7+qLTG9 (qOGCV9)]의 계통들이 저온 스트레스에 내성이 있는 것으로 확인 되었다. (3) 최근 발표된 RIL 집 단 담수내성 계통과 비교한 결과, 저온 스트레스에도 내성 이 있으면서 담수발아에도 내성이 있는 것으로 확인된 총 2개의 유망 유전자원을 선발하였다
수확 후 종자는 활력 유지를 위해 수분함량을 15% 정도가 되도록 건조하고, 이후 4℃ 저온 저장고에 보관하였다. RIL 계통 간 발아 특성 조사 시 실험 오차를 최소화하기 위해 발아적온(30℃)에서 사전 발아율 검정을 통해 종자 발아율이 80% 미만인 계통을 제외하고, 발아가 안정인 129계통을 본 연구의 시험 재료로 사용하였다.
, 1993). SSR 마커와 SNP 마커 중 결측치가 높거나(15% 이상) 염색체상 위치가 중복되는 마커는 제외하고 327개의 마커를(168 SSRs와 159 SNPs) 최종 연관 지도 작성에 이용하였다.
qLTG5, qLTG9는 모두 ‘기호 벼’의대립인자에 의하여 저온발아율을 증가되는 것으로 나타났다. qLTG5는 id5003662 (7.25 Mbp)와 RM289 (7.80 Mbp) 의 사이에서, qLTG9는 RM434 (15.66)와 id9004978 (16.97 Mbp)의 사이에서 탐색 되었다. 최근까지 자포니카 유래 저온 발아 관련 QTL이 다수 보고되고 있다(Miura et al.
, 2012). 모․부본과 RIL 집단은 2017년에 국립식량과학원에 소재한 벼 시험 포장(전라북도 완주군)에서 표준재배법으로 재배한 후 종자를 수확하였다. 수확 후 종자는 활력 유지를 위해 수분함량을 15% 정도가 되도록 건조하고, 이후 4℃ 저온 저장고에 보관하였다.
저온에서의 발아율 및 발아속도와 연관된 QTL 탐색을 위하여 저온 발아성이 약한 통일형 품종 ‘밀양23호’를 모본으로, 저온발아성이 양호한 자포니카 ‘기호벼’를 부본으로 인공교배하여 육성된 자식성 재조합 집단(RIL; Recombinant Inbred Line)을 식물 재료로 사용하였다. 이 RIL 집단은 1988년도에 교배되어, F₂를 자식하여 확보한 종자를 일주일계통법(Single Seed Descent method)을 이용하여 F₆ 세대까지 육성하였으며, 이후 F₇ 세대부터는 일계통 일종자법을 통해 25세대 이상 고정된 집단이다(Ji et al.
총 327개의 마커(168 SSRs, 159 SNPs)를 이용하여 연관 지도를 작성하였다. 유전자 지도의 전체 길이는 1564.

데이터처리

*Result of Duncan’s multiple range test.
LTG and LGCV of the RILs carrying different allele combinations of qLTG5, qLTG9 (qOGCV7), and qOGCV7. Letters from a to c indicate significantly different values according to the Duncan’s multiple range test (α = 0.05). Errors bars indicate the standard errors of each category.
발아 관련 형질의 모․부본간의 차이에 관한 통계 분석은 SAS 프로그램(Version 9.4, Enterprise Guide 7.1, SAS Institute Inc, Cary, NC, USA)을 이용하여 T-검정을 통해 유의성 검정을 실시하였으며, 종자 발아의 상온 및 저온에서 형질들간 상관관계 분석을 실시하였다. 저온발아특성 간의 QTL 조합에 따른 계통의 저온 스트레스 내성 및 담수발아와 저온 발아 QTL의 조합에 따른 담수 입모율의 특성 변화 분석은 Duncan의 다중범위검정(Duncant’s multiple range test) 을 이용하여 분석을 실시하였다.
1, SAS Institute Inc, Cary, NC, USA)을 이용하여 T-검정을 통해 유의성 검정을 실시하였으며, 종자 발아의 상온 및 저온에서 형질들간 상관관계 분석을 실시하였다. 저온발아특성 간의 QTL 조합에 따른 계통의 저온 스트레스 내성 및 담수발아와 저온 발아 QTL의 조합에 따른 담수 입모율의 특성 변화 분석은 Duncan의 다중범위검정(Duncant’s multiple range test) 을 이용하여 분석을 실시하였다.

이론/모형

RIL 각 계통의 유전자형은 SSR (Simple Sequence Repeat) 마커와 SNP 칩(Illumina BeadXpress 384-plex SNP plate GS0011861, Illumina, San Diego, CA, USA)을 이용하였다. 식물 재료의 DNA 추출은 파종 후 약 20일에 어린잎을 채취한 후 DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)를 이용하였다.
발아율 및 발아속도에 대한 QTL 분석은 IciMapping Version 4.1 프로그램을 이용하여 CIM (Composite Interval Mapping) 방법으로 수행하였다(Zhang et al., 2008). 유의한 QTL을확인하기 위하여 발아관련 형질들과 전 유전체상의 유전자형에 대하여 1000-permutation test를 통해 p ≤ 0.
SNP 유전형분석은 BeadXpress (Illumina^®)을 이용하였다. 분석은 Vera Code manual protocol (Illumina, San Diego, CA, USA)의 방법에 따라 실시하고, Illumina BeadXpress Reader와 ALCHEMY software을 이용하여 유전자형을 분석하였다(Wright et al., 2010).
연관지도의 작성은 MAPMAKER/EXP 3.0을 이용하였으며 유전적 거리는 산출은 Kosambi 함수식을 적용하였다 (Lincoln et al., 1993). SSR 마커와 SNP 마커 중 결측치가 높거나(15% 이상) 염색체상 위치가 중복되는 마커는 제외하고 327개의 마커를(168 SSRs와 159 SNPs) 최종 연관 지도 작성에 이용하였다.
종자 발아율(PG: Percent of Germination)은 공시한 종자수에 대해 검정 기간 동안 발아한 전체 종자수를 백분율로 계산하였다. 종자의 발아 속도는 발아속도계수(GCV: Germination Coefficient of Velocity) 를 사용하여 계산하였다. GCV는 평균발아일수(MGT: Mean Germination Time)의 역수 값으로 GCV는 값이 클수록 평균 발아일수가 짧아지게 되어 발아속도가 빠름을 의미한다.

성능/효과

이를 통하여 (1) 5, 9번 염색체에서 저온발아에 관련한 ‘기호벼’ 유래 QTL, qLTG5와 qLTG9를 확인하였으며, 7, 9번 염색 체에서 저온 발아속도에 관련한 ‘밀양23호’ 및 ‘기호벼’ 유 래 QTL, qOGCV7, qOGCV9를 확인하였다. (2) Duncan 검정 결과, 그룹Ⅶ [qLTG5+qLTG9 (qOGCV9)], 그룹Ⅷ [qLTG5+ qOGCV7+qLTG9 (qOGCV9)]의 계통들이 저온 스트레스에 내성이 있는 것으로 확인 되었다. (3) 최근 발표된 RIL 집 단 담수내성 계통과 비교한 결과, 저온 스트레스에도 내성 이 있으면서 담수발아에도 내성이 있는 것으로 확인된 총 2개의 유망 유전자원을 선발하였다
2b). 129개 RIL 계통 중 31개의 계통은 저온에서의 발아율과 발아속도가 부본인 ‘기호벼’보다 높아 초월분리 하는 것으로 조사되었다.
44%의 분포를 나타내었으며, QTL을 보유 할 수록 저온 발아율이 향상되었다. Duncan 검정 결과 그룹Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ, Ⅶ의 저온 발아율은 그룹Ⅷ과 비교하여 저온 발아율의 개선에 유의한 차이가 없었으나, 그룹Ⅰ, Ⅱ의 저온 발아율 개선이 유의하게 높음을 확인하였다. 저온에서의 발아속도는 7.
0%였다. qOGCV7는 RM1135 (16.93 Mbp)와 RM5793 (17.49 Mbp) 의 사이에서 qOGCV9는 RM434 (15.66 Mbp)와 id9004978 (16.97 Mbp) 영역에서 확인되었으며, qOGCV7와 qOGCV9 는 각각 ‘밀양23호’와 ‘기호벼’ 대립인자에 의하여 발아 속도가 증가하는 것으로 확인되었다. 저온조건에서의 발아속도에대한 QTL 분석결과, 상온발아와 연관된 QTL인 qOGCV9와동일한 위치에서 저온발아 속도와 연관된 QTL이 탐색 되었으나 LOD 값은 2.
0%로 다른 그룹에 비해 입모율이 가장 높은 것으로 조사되었다. 담수발아 관련 QTL만을 보유하고 저온발아 관련 QTL을보유하지 않은 계통들(그룹B)의 입모율은 35.0%로 담수 발아 및 저온발아 QTL을 모두 보유한 계통들(그룹A) 보다는 낮은 입모율을 나타내었는데 이는 직파재배 환경에서의 안정적인 입모 확보를 위해서는 담수스트레스 내성 뿐만 아니라 및 저온발아와 관련된 특성도 담수직파 초기입모 확보를 위해서는 반드시 필요하다는 것을 보여준다(Table 5). 따라서 혐기 발아 내성 및 저산소 발아 내성 유전자가 조합된 중간모본의 육성은 향후 담수직파 품종 개발에 유용하게 이용될 것이다.
저온발아율에 대한 QTL 분석결과 5번, 9번 염색체상에서 2개의 QTL (qLTG5, qLTG9)가 탐색 되었다(Table 3). 두개 QTL의 LOD 값은 각각 3.51과 4.13이였으며, 저온 발아 관련 QTL에 의해 설명되는 표현형의 변이는 각각 11.5%, 12.5%를 설명하였다. qLTG5, qLTG9는 모두 ‘기호 벼’의대립인자에 의하여 저온발아율을 증가되는 것으로 나타났다.
저온조건에서의 발아율, 발아속도의 개선은 QTL을 모두 가진 계통들이 높은 것으로 확인되었다. 모본인 ‘밀양 23’호는상온발아속도관련 QTL(qOGCV7)을, 부본인 ‘기호벼’는 저온 및 상온발아속도관련 QTL[qLTG5, qLTG9 (qOGCV9)] 을 보유하고 있었으며, 저온 스트레스에 대한 내성은 그룹Ⅱ [qLTG5+qLTG9 (qOGCV9)], 혹은 그룹Ⅰ [qLTG5+qOGCV7+ qLTG9 (qOGCV9)]의 계통들이 통계적으로도 유의하게 저온 스트레스에 대한 내성이 모두 증가하는 것으로 확인 되었다.
발아속도는 상온에서(OGCV; Germination Coefficient of Velocity under Optimal condition) ‘밀양23호’가 54.2, ‘기호 벼’가 68.0으로 ‘기호벼’의 발아속도가 ‘밀양23호’보다 빠른 것으로 조사되었다. 저온조건에서 발아속도(LGCV; Germination Coefficient of Velocity under Low Temperature condition)는 ‘밀양23호’와 ‘기호벼’가 각각 8.
그러나 저온발아와 발아속도의 상호작용 및 주요 QTL에 대한 연구보고는 거의 없다. 본 실험에서 확인된, qLTG9 (qOGCV9)은 자포니카 ‘기호벼’의 대립인자 유래로 저온발아 뿐만 아니라 발아속도에도 관여하는 것으로 확인되었으며, qOGCV7은 과거에 보고된 저온발아에 관련된 주요 QTL과 중첩하여 본 실험에서 확인된 QTL이 저온 스트레스 내성을 개선시키는데 유용하게 이용될 것으로 예상된다.
상온 및 저온조건에서 RIL 집단의 평균 GCV는 각각 45.5와 9.2으로 저온에서 발아속도가 감소되었으며, GCV 분포는 각각 22.8-79.6, 7.1-14.3였다. 상온조건에서는 정규분포(왜도 = 0.
2와 같다. 상온에서 RIL 집단의 평균발아율은 96.6%, 범위는 80-100%이며, 저온에서 평균 발아율은 34.1%, 범위는 0-95.3%로 ‘밀양23호’ 쪽으로 치우친 분포(왜도 = -1.81, 첨도 = 2.44)를 보였다(Table 1, Fig. 2a).
작성하였다. 유전자 지도의 전체 길이는 1564.0cM 이고 마커 간 평균 거리는 4.8cM로 계산되었다(Table 2). 저온발아율에 대한 QTL 분석결과 5번, 9번 염색체상에서 2개의 QTL (qLTG5, qLTG9)가 탐색 되었다(Table 3).
4). 저온 발아에 대한 8개 그룹의 발아율은 22.28-59.44%의 분포를 나타내었으며, QTL을 보유 할 수록 저온 발아율이 향상되었다. Duncan 검정 결과 그룹Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ, Ⅶ의 저온 발아율은 그룹Ⅷ과 비교하여 저온 발아율의 개선에 유의한 차이가 없었으나, 그룹Ⅰ, Ⅱ의 저온 발아율 개선이 유의하게 높음을 확인하였다.
저온 발아 관련 QTL과 담수 발아 관련 QTL의 보유 여부에 따라 RIL 집단은 4개의 그룹으로 분류되었다(Table 5). 저온발아 (상온발아속도) 관련 QTL과 담수발아 관련 QTL을 모두 보유한 계통들(그룹A)의 담수환경에서의 입모율은 45.0%로 다른 그룹에 비해 입모율이 가장 높은 것으로 조사되었다. 담수발아 관련 QTL만을 보유하고 저온발아 관련 QTL을보유하지 않은 계통들(그룹B)의 입모율은 35.
Duncan 검정 결과 그룹Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ, Ⅶ의 저온 발아율은 그룹Ⅷ과 비교하여 저온 발아율의 개선에 유의한 차이가 없었으나, 그룹Ⅰ, Ⅱ의 저온 발아율 개선이 유의하게 높음을 확인하였다. 저온에서의 발아속도는 7.82-10.30 의 분포로 나타났으며, 그룹Ⅰ, Ⅱ는 그룹Ⅷ과 비교하여 저온에서 발아속도를 개선시키는 데에 효과가 있는 것으로 확인되었으나 나머지 그룹Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ, Ⅶ은 그룹Ⅷ과 비교하여 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 확인되었다. 저온조건에서의 발아율, 발아속도의 개선은 QTL을 모두 가진 계통들이 높은 것으로 확인되었다.
0으로 ‘기호벼’의 발아속도가 ‘밀양23호’보다 빠른 것으로 조사되었다. 저온조건에서 발아속도(LGCV; Germination Coefficient of Velocity under Low Temperature condition)는 ‘밀양23호’와 ‘기호벼’가 각각 8.9와 9.1로 비슷한 경향으로 나타내었으며 저온조건에서는 ‘밀양23호’와 ‘기호벼’는 발아속도는 통계적으로 차이가 없는 것으로 분석되었다(Table 1, Fig. 1b).
모두 정상 발아하였다. 저온조건에서 발아율(LTG; Low temperature germination)은 ‘밀양23호’가 48.7%, ‘기호벼’ 가 76.0%로 ‘기호벼’가 ‘밀양23호’보다 저온발아율이 높게 나타났다(Table 1, Fig. 1a).
97 Mbp) 영역에서 확인되었으며, qOGCV7와 qOGCV9 는 각각 ‘밀양23호’와 ‘기호벼’ 대립인자에 의하여 발아 속도가 증가하는 것으로 확인되었다. 저온조건에서의 발아속도에대한 QTL 분석결과, 상온발아와 연관된 QTL인 qOGCV9와동일한 위치에서 저온발아 속도와 연관된 QTL이 탐색 되었으나 LOD 값은 2.56으로 그 값이 다소 낮았다(Fig. 3).
30 의 분포로 나타났으며, 그룹Ⅰ, Ⅱ는 그룹Ⅷ과 비교하여 저온에서 발아속도를 개선시키는 데에 효과가 있는 것으로 확인되었으나 나머지 그룹Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ, Ⅶ은 그룹Ⅷ과 비교하여 통계적으로 유의한 차이가 없는 것으로 확인되었다. 저온조건에서의 발아율, 발아속도의 개선은 QTL을 모두 가진 계통들이 높은 것으로 확인되었다. 모본인 ‘밀양 23’호는상온발아속도관련 QTL(qOGCV7)을, 부본인 ‘기호벼’는 저온 및 상온발아속도관련 QTL[qLTG5, qLTG9 (qOGCV9)] 을 보유하고 있었으며, 저온 스트레스에 대한 내성은 그룹Ⅱ [qLTG5+qLTG9 (qOGCV9)], 혹은 그룹Ⅰ [qLTG5+qOGCV7+ qLTG9 (qOGCV9)]의 계통들이 통계적으로도 유의하게 저온 스트레스에 대한 내성이 모두 증가하는 것으로 확인 되었다.

후속연구

0%로 담수 발아 및 저온발아 QTL을 모두 보유한 계통들(그룹A) 보다는 낮은 입모율을 나타내었는데 이는 직파재배 환경에서의 안정적인 입모 확보를 위해서는 담수스트레스 내성 뿐만 아니라 및 저온발아와 관련된 특성도 담수직파 초기입모 확보를 위해서는 반드시 필요하다는 것을 보여준다(Table 5). 따라서 혐기 발아 내성 및 저산소 발아 내성 유전자가 조합된 중간모본의 육성은 향후 담수직파 품종 개발에 유용하게 이용될 것이다.
본 연구의 결과를 통해 저온 및 혐기 관련 QTL의 집적은 벼의 저온에서의 발아 및 초기 입모율을 높여 저온스트레 스 내성 개선에 도움이 되는 것으로 판단 되었으며, 선발된 유망 계통은 향후 직파재배 품종 육성에 유용한 유전자원 으로 활용되어 직파재배의 안정성 증대에 기여할 것으로 기대된다.
선발된 계통은 자포니카 ‘기호벼’에서 유래된 것으로원연교잡에 의한 불임, Linkage drag로 인한 열악 형질의 동반이 낮으며 저온 스트레스에 관한 QTL의 효과도 유지될 것으로 예상된다. 이러한 결과는 저온 및 담수 스트레스에서 내성을 개선하여, 향후 자포니카 직파 품종을 육성하는 데에 기여 할 것으로 기대된다.

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저자의 다른 논문 :

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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