초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 기능성 및 바이오에너지 작물 개발(핵심 분야 1)
가. 벼 고기능성 쌀 품종 개발 및 실용화
- 고시히카리와 일품벼에 MNU(N-methyl-N-nitrosourea)를 처리하여 얻어진 돌연변이 집단에서 저장단백질 돌연변이(esp2, esp3) 검정
- 녹미특성을 가진 생동찰과 거대배 특성을 가진 서농6호를 교잡육종하여 녹미거대배 유망계통 (00002, 00003) 선발
- ‘서농16호’ (녹미거대배) 품종보호 출원
- 분상질 종자의 표현형을 가지는 돌연변이체의 유전분석 결과

Ⅳ. 연구개발결과
1. 기능성 및 바이오에너지 작물 개발(핵심 분야 1)
가. 벼 고기능성 쌀 품종 개발 및 실용화
- 고시히카리와 일품벼에 MNU(N-methyl-N-nitrosourea)를 처리하여 얻어진 돌연변이 집단에서 저장단백질 돌연변이(esp2, esp3) 검정
- 녹미특성을 가진 생동찰과 거대배 특성을 가진 서농6호를 교잡육종하여 녹미거대배 유망계통 (00002, 00003) 선발
- ‘서농16호’ (녹미거대배) 품종보호 출원
- 분상질 종자의 표현형을 가지는 돌연변이체의 유전분석 결과 분질종자형질(flo)관련 유전자는 LOC_OS 04g5523로 1번 exon 73번째 nucleotide 가 A에서 T로 돌연변이 되어 flo mutant에 STOP cordon 발생
- 노란색 종피 형질(yel), 고단백 돌연변이(hpm)형질 및 rolled leaf 돌연변이에 관한 유전분석 실시
나. 돌연변이 육종기술을 이용한 밀 신품종 개발
- 금강밀과 올그루밀에서 유래한 방사선 돌연변이 계통에서 포장 평가 및 생산력 검정 시험을 통해 국내에서 가장 많이 재배되는 품종인 ‘금강’보다 농업형질이 우수한 5계통 선발
- 우수 밀 품종인 조은, 조경 및 연구진이 보유한 전좌계통 (2BS/2RL)에 방사선을 조사하여 출수기, 재해저항성 등의 다양한 농업형질 지표로 약 818개체 수선발 실시
- 우수돌연변이 계통에 대한 유전생화학적 분석을 실시하여 (glutenin subunits) 금강 계열 4개 계통(M1133, M1156, M1231, M1284)에서 HMW-GS 변화 확인
- 국내 밀 생산 재배 요건을 고려한 조숙성 관련 유전자 [UFO (Unusual Floral Organ), SCF (Skp1-Culllin-F-box protein) complex]에 대한 분자육종 연구 실시
다. 블랙베리 유망돌연변이 계통의 품종 실용화 및 스테비아 육종
- 블랙베리 우수변이체 메이플 특허출원 (출원번호:10-2010-0130380)
- 블랙베리 신품종 ‘메이플’의 기술실시계약 (2012.2.17. (주)바이오플러스:(구)태준)
- 블랙베리 신품종 ‘메이플’을 조직배양 및 삽수를 이용하여 대량생산 기술을 개발하고 묘목 6,000주 생산
- 스테비아 물리적·화학적 돌연변이원을 이용한 돌연변이 유기 후 기능성물질 함량 및 내병성 테스트를 통해 우수변이체 총 10계통 선발
- 내병성 및 품질이 우수한 스테비아 돌연변이 3 계통을 선발하여 신품종 출원진행 중
라. 친환경산업 소재용 케나프 및 유채 품종개발 실용화
- 유망 케나프 유전자원 개발을 위한 적정 방사선 조사 선량 구명(500Gy~ 750Gy) 및 국내·외 유전자원 재배평가를 통한 국내 채종 가능한 17계통 선발
- 케나프 내습성 증진 계통 육성을 위한 논포장 재배 시험 및 케나프 내염성 증진 계통 육성을 위한 새만금·화옹 간척지 재배 시험을 통해 내염성이 강한 돌연변이 5계통 선발
- 케나프 리그닌 생합성 관련 7종의 유전자의 크로닝 및 염기서열분석 완료
- 케나프 고 bio-mass 생산 및 국내채종 가능한 유망계통 품종 보호권 3건 출원 (‘장대’, ’백마‘, ’적봉‘) 및 1건 등록 완료(’장대‘)
- 유채 신품종 육성을 위한 돌연변이 유도를 위해 방사선 감수성 테스트를 통해 적정 조사선량 (600, 800, 1000Gy) 선정 및 형태적 돌연변이체 선발
마. 내염성 및 조숙 · 단간성 유채 돌연변이 품종 개발
- 유채 ‘내한’, ‘탐미’, ‘한라’ 등 3품종의 종자에 양성자와 감마선을 0~2,000 Gy 처리하여 M8세대까지 육성
- 조숙, 단간성과 간척지에서 내염성계통 선발 및 실내검정, 유연관계분석 등을 실시하여 구별성, 균일성, 안정성이 확보된 5계통 선발하여 품종보호권 출원
- 품종보호권 출원 계통은 조숙·단간성 3계통(출원품종명: ‘조단’, ‘온누리’, ‘미소’), 조숙·대화성 1계통(출원품종명: ‘대화’), 내염성 1계통(출원품종명: ‘만금’)
바. 돌연변이 기술을 이용한 산업용 고구마 품종육성
- 고구마 생장점을 이용한 배발생 캘러스 유도 및 재분화시스템 확립
- 장려품종 ‘율미’ 및 ‘신건미’를 모본으로 감마선을 조사하여 돌연변이체 (율미변이체 31계통, 신건미변이체 70계통)을 육성
- ‘율미’ 및 ‘신건미’ 돌연변이 선발계통의 포장재배 시험과 함께 각 계통의 수량성, 성분분석, 표현형을 분석하여 데이터화
사. 돌연변이 차조기 및 블랙베리를 이용한 생체 산화적 기능성 식품 개발 및 실용화
- 생리활성 평가 및 대사체 분석을 통해 항산화 효능이 뛰어난 방사선육종 돌연변이 차조기(CJM-12) 및 블랙베리(‘메이플’) 품종 선발
- WEE(water ethanol extract) 공법을 이용하여 지표성분을 다량 함유하는 최적의 추출 조건 확립.
- 돌연변이 차조기의 경우 대조구 대비 6배 가량의 rosmarinic acid를 함유하고 있었고 블랙베리의 경우 cyanidin-3-glucoside(C3G)의 함량이 2.3배 높았음
- 방사선 돌연변이 차조기 및 블랙베리 추출물을 이용해 in vitro, ex vivo 에서 항산화 효능 평가를 완료함
- 산화적 스트레스를 유발한 동물모델을 제작하여 방사선 돌연변이 차조기 및 블랙베리 추출물이 항산화 효능을 증진시킨다는 것을 확인함
- 방사선 돌연변이 블랙베리를 이용해 간기능 개선 기능성 음료 시제품을 제작하였고 동물 모델에서 효능을 검증하였음
2. 지역 특산작물 및 원예소재 개발(핵심 분야 2)
가. 돌연변이 기술이용 우수 브랜드 장류 및 나물용 콩 신품종 개발 및 실용화
- 밥밑용/장류용 콩 돌연변이 신품종 2건 품종보호권 등록(‘원율’, ‘원현’) 및 1건 출원 (‘조생서리 2호’)
- 장류 (8) 및 나물용(3) 적합 돌연변이 계통의 선발
- 장류 적합 돌연변이 계통에 대한 된장 제조, 관련 성분분석(아미노산성질소, 색도, pH, 적정산도, 아미노산 함량) 및 식미테스트 수행
- 최종 나물용 콩 우수 3계통에 대한 농업형질, 콩나물 일반성분분석, 수율조사 및 아미노산 함량 분석 수행
- Lipoxygenase가 결핍된 돌연변이 4 계통에 대한 Kunitz Trypsin inhibitor(KTi) 함량 또는 활성의 차이 검정
나. 돌연변이 유도 녹색 꽃 양배추의 단인자 우성 웅성불임성의 실용화
- 웅성불임성의 일시적 타파 기술 개발
- 웅성불임성 인자 호모 계통 육성
- 웅성불임성 인자 연관 마커 개발
- 소포자 배양에 의한 순계 다량 육성
다. 돌연변이 기술을 이용한 바이러스 저항성 고추 유전자원개발
- EMS 처리를 통해 돌연변이를 유도시킨 돌연변이 집단 6,812개의 M1 식물체에서 총 5,023개의 M2 돌연변이 집단 확보
- HRM 분석법을 이용하여 eIF4E 유전자를 활용한 바이러스 저항성 개체 선발
- 고추 유전자원에 대한 대량 접종 방법으로 CMV와 TSWV 저항성 계통 선발
- 바이러스 CMV-P1 helicase domain과 상호작용하는 고추 유전자 동정 및 바이러스 CMV-P1에 저항성 돌연변이 2계통 선발
- 돌연변이 집단을 활용한 Capsaicinoids 분석 결과 대조구에 비해 캡사이시노이드 함량이 300배 정도 낮은 돌연변이 1계통 선발
라. 돌연변이 육종기술을 이용한 색소 및 영양 강화 토마토 계통 선발 및 품종 육성
- 고 색소 및 비타민 강화 자식계통을 이용하여 방사선 돌연변이 유기
- 총 6700개체의 M2 분리 세대 (방사선 돌연변이)로부터 식물체 형태의 일반형질과 및 과실 당도 및 색도 등의 특수 형질을 조사하여 37계통을 선발
- 국내외에서 수집한 771계통의 토마토 유전자원의 분류 및 특성 평가 실시
3. 돌연변이 유전체 연구(핵심분야 3)
가. TILLING 기법을 활용한 내염성 유전자 대량검정 벼 품종개발
- 벼 돌연변이 기능유전체 연구용 TILLING 집단 (약, 3,000계통) 구축 후 한국원자력연구원(간척지적응), 강원대(기후변화대응), 생명공학연구원(병저항성) 연구 수행을 위한 기본재료로 제공.
- 아미노산 합성 유전자를 이용 TILLING 분석 체계 구축을 통한 아미노산 합성이 증가된 4개의 돌연변이 계통 검정
- 간척지적응 벼 품종개발을 위한 분리세대 약 3,000계통 대상 대량 선발 시스템 확립
(In vivo 및 간척지 선발)을 통한 내염성 벼 품종화 가능 유망계통인 ST-87과 ST-301계통 최종 선발
- 간척지적응 품종화 유망 돌연변이 계통의 유전자 발현정보 분석 및 단백질 발현 패턴 검정
- 간척지 적응 신품종 ‘원해 2호’(‘Wonhae-2ho’, 계통명 ST-301) 품종보호권 출원
나. 유전마커 시스템을 이용한 병저항성 벼 돌연변이 계통선발 및 분자마커 개발
- 동안벼에 감마선을 처리해 구축한 돌연변이 집단(M3)을 이용 벼 흰잎마름병에 대해 저항성을 보이는 6계통 선발
- 병 저항성 개체로 선발한 TILL300-651 (Bacterial Blight Resistance 1; bbr1)을 대상으로 microarray 분석 실시 후 돌연변이 개체에서 병 접종에 따라 발현이 변화되는 유전자들의 특성 분석
다. 돌연변이체를 이용한 기후변화 대응 벼 유전자 네트워크 구축 및 품종 개발
- 원자력연구원 정읍방사선과학연구소에서 분양 받은 3000 계통을 대상으로 내냉성 검정하여 13 계통을 선발
- 내열 처리를 위한 최적 처리 조건 확립 (45℃, 24hrs) 및 스트레스 처리 후 회복된 총20 계통 42 개체를 선발
- 내냉성 계통을 이용 스트레스 관련 유전자 분석
- 환경 스트레스 관련 중요 조절 유전자인 RING E3 ligase를 coding하고 있는 유전자들의 고온스트레스 매카니즘 분석을 위한 분자 생물학적 분석

Abstract ▼

Ⅳ. RESULTS
1. The studies for functional and bio-mass crops
A. Development and commercialization of high quality grain rice
- From the MNU(N-methyl-N-nitrosourea) treated rice of Koshihikari and Ilpum varieties, two storage protein mutants (esp2, esp3) were developed
- By crossing betwee

Ⅳ. RESULTS
1. The studies for functional and bio-mass crops
A. Development and commercialization of high quality grain rice
- From the MNU(N-methyl-N-nitrosourea) treated rice of Koshihikari and Ilpum varieties, two storage protein mutants (esp2, esp3) were developed
- By crossing between 'Sangdongchal', which shows green color gain, and 'Seonong 6', which shows giant embryo, two elite lines (00002 and 00003) which show both traits were developed
- 'Seonong 16' (green color–giant embryo gain) variety was registered
- Through genetic analysis of floury mutant, the gene for floury trait was detected as LOC_OS 04g5523, where 1st exon of 73rd nucleotide was changed from A to T resulting in STOP cordon
- Conducting genetic analysis for yellow color grain (yel), high protein, and rolled leaf mutants.
B. Development of new wheat cultivar using mutation breeding techniques
- Wheat (hexaploid common wheat) cultivars that are cultivated most in Korea have been gamma irradiated and mutant populations were generated for selection. Early maturity and high yielding mutant lines were consecutively selected in the field of Southern (Jeongeup) and Middle (Namyangju) regions. High generation of mutant lines that showed superior agronomic performance than control varieties are currently evaluated as year and regional adaptation test. The highest yielding and disease resistance mutant line will be applied for “Plant Variety Protection”registration.
- Changes of HMW-GS are compared with mutant lines by analysis of seed storage protein (glutenin subunits) for prediction of end-use quality. Also, Since earliness is most required trait for wheat development in Korea, molecular breeding technologies are applied for elucidation of factors related to growth changes from vegetative to reproductive phase. Genes that showed crucial role in wheat spike and grain development were cloned and their functions were identified.
C. Application of elite mutant blackberry line and stevia breeding
- Patent of the elite mutant blackberry line 'Maple' for improving liver function (The patent application #: 10-2010-0130380)
- License agreement of ‘Maple’ new varieties was conducted with Bioplus co. (2012. 2. 17)
- Development of massive production system by cutting method and tissue culture technology for 'Maple' and production of 6,000 seedlings.
- Mutation induction of steiva by gamma-ray and chemical mutagen treatments and selection of ten stevia lines showing high antioxidant activity and various disease resistance
D. Development and application of bio-industrial plants kenaf and rapeseed
- Determination of the optimum dose (500Gy ~ 750Gy) for mutation induction to develop new varieties of kenaf
- Selection of 17 lines showing early maturation from domestic and foreign germplasm of kenaf
- After seedling into flooded experimental fields, selection of kenaf mutant lines showing resistance to high moisture
- Selection of salt tolerant kenaf mutant lines in the reclaimed fields of Semankum and Hwaong
- Cloning and sequence analysis of lignin bio-synthesis genes (4CL, HCT, C3H, CCoAOMT, CCR, F5H, COMT and CAD) in kenaf
- Plant variety protection applications of new kenaf mutant cultivars ('Jangdae', 'Bakma', 'Jukbong')
- Determination of the optimum dose (600, 800, 1000 Gy) for mutation induction for develop new varieties of rapeseed
E. Development of new variety on the salt tolerance, early maturity and short stem by means of mutation in rapeseed
- The seeds of three rapeseed varieties, 'Naehan', 'Tammi', and 'Halla' were irradiated with 0∼2,000 Gy of proton ion beams and gamma rays, and then cultured to M8 generation.
- Selected 5 useful mutant lines, early maturity, short stem, and salt tolerance in the reclaimed field and laboratory, and investigated the genetic relationship analysis, distinctness, uniformity, stability, etc.
- New variety protection applications - three lines with early maturity and short stem ('Jodan', 'Onnuri', and 'Miso'), one line with early maturity and large flower ('Daehwa'), and one line with salt tolerance ('Mankeum')
F. Development of new industrial sweetpotato cultivar using mutation breeding techniques
- Gamma-induced mutants were grown in the field and assessed for their starch characteristics, yields and phenotype.
- Thirty-one plant lines were selected by estimating storage root size, shape and yield from the original “Yulmi” breed cultivar and seventy lines were selected from the original “Shinyulmi” breed cultivar
- These putative mutant lines were detected genetic variations by RAPD analysis and were cultivated in the field to assay the yield, starch and soluble sugar contents, carotinoid content and color of sweetpotato storage roots for two years
G. Development and practical application of anti-oxidant functional food using mutagenized Perilla and Blackberry
- The two species, mutagenized Perilla 'CJM-12' and Blackberry 'Maple', were selected for their improved anti-oxidant activity via physiological screening and analysis of metabolites.
- Optimal extraction condition using WEE(water ethanol extract) method was developed
- The mutagenized Perilla contained rosmarinic acid more than 6-fold from wild type species and the mutagenized Blackberry contained cyanidin-3-glucoside(C3G) more than 2.3-fold from wild type species.
- It was investigated the in vitro and ex-vivo anti-oxidant properties of the extracts of mutagenized Perilla and Blackberry.
- Animal model of oxidant stress was developed, and then the anti-oxidant activity of the extracts of mutagenized Perilla and Blackberry was conformed in that model.
- The functional beverage prototypes for liver damage was developed using mutagenized Blackberry, and then it’s anti-oxidant activity was investigated in animal model.
2. The studies for local crops and vegetables
A. New soybean-variety development and industrialization for elite soybean paste and sprouts by using mutation technique
- Soybean registration ('Wonyul', 'Wonhyun') and application ('Josaengseori 2') for usage of cooking with rice and soybean paste
- Putative line selection of usage for soybean paste (8) and sprouts (3)
- Suitability examination for making a soybean paste with mutant varieties (component analysis, amino-nitrogen, colorness, pH, adequate acidity, amino acid contents and taste)
- Final line selection for soybean sprouts (agronomic performance, component analysis, yield test and amino acid contents)
- Examination of contents or activity for Kunitz Trypsin inhibitor(KTi) with lipoxygenase-deficient mutant lines
B. Utilization of dominant genic male sterility induced by mutation in broccoli
- Developing temporary breaking system of the male sterility
- Raising homozygote lines of the male sterile allele
- Creating markers related to the male sterile system
- Acquiring doubled haploid lines using microspore culture
- Breeding F1 hybrids using the male sterility hypothesis
C. Development of virus-resistant germplasm using mutation technique in pepper
- Development of M2 mutation population containing a total of 5,023 individuals derived from 6,812 M1 individuals in which mutations were induced by EMS treatment
- Selection of virus-resistant individuals using HRM analysis
- Selection of individuals resistant to CMV and TSWV from pepper germplasm using a virus inoculation method optimized for large-scale screening
- Isolation of the pepper gene which interacts with CMV-P1 helicase domain and selection of two mutant lines resistant to CMV-P1, a virus strain
- Selection of a mutant line in which Capsaicinoids content was 300 times lower than the control group by the analysis of Capsaicinoids content in mutation population
D. Selection and development of tomato lines enhanced nutrition and pigment by using mutation breeding technology
- Breeding of inbred lines enhanced pigment and vitamin using gamma radiation mutation
- Tomato genetic resources (771 strains) were conducted the classification and characterization for genetic diversity
- 37 mutant lines containing fruit traits such as sweetness, color and the special traits were screened from a total of 6,700 plants of M2 generation (radiation mutation)
- F1 crosses combinations among 37 inbred lines were evaluated to select parent lines from value of high recombinant ability
3. The studies for rice genomics
A. Development of salt tolerant rice mutants and high-throughput screening of salt tolerant genes by TILLING approach
- Development of TILLING population (approximately 3,000 lines), and then provided materials to KAERI (salt testing in saline field), Kangwon national university (respond to climate change), KRIBB (study for disease resistance)
- Selection of 4 mutant lines showing the increased amino acid contents through TILLING approach
- Selection of high salt tolerant mutant lines (ST-87 and ST-301) through high-throughput screening methods in vivo and saline field
- Profiling the expression of rice genes and protein involved in the salt tolerant phenotype of rice mutants (ST-87 and ST-301)
- Variety patent application of salt tolerant mutant rice ('Wonhae 2', ST-301)
B. Development of disease resistant mutant rice lines and molecular markers
- Selection of 6 lines (TILL300-534, TILL300-537, TILL300-1212, TILL300-793, TILL300-693 and TILL300-651) with Bacterial Blight resistant phenotype from gamma-ray irradiated ‘Dongan’ mutant pool (M3)
- Profiling of the expression of rice genes involved in the disease resistance phenotype of rice mutant, TILL300-651 (Bacterial Blight Resistance 1, bbr1) using microarray
C. Construction of rice gene networks against climate change and the development of variety using mutants by ionized energy
- Selection of 13 lines from the cold tolerance test of 3000 lines received from Advance Technology Radiation Laboratory, KAERI.
- Establishment of optimized condition for heat treatment (45℃, 24 hrs) and the selection of the recovered 42 plants at 20 lines after heat stress treatment.
- Analysis of genes related to cold stress using cold-tolerance lines
- Molecular biological assessment of the RING E3 ligase genes coding which are major regulating genes of environmental stress for investigating high temperature stress mechanism.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 17
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 19
• 제1절 연구개발의 목적 ... 19
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 20
• 제3절 주요 연구개발 내용 및 범위 ... 23
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 26
• 제1절 국내 기술개발 현황 ... 26
• 제2절 국외 기술개발 현황 ... 29
• 제3절 선진국과의 기술수준 격차 및 국내기술발전 전망 ... 33
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 37
• 제1절 제1세부 친환경산업 소재용 케나프 및 유채 품종개발 실용화 ... 37
• 제2절 제2세부 돌연변이 차조기 및 블랙베리를 이용한 생체 산화적 기능성 식품 개발 및 실용화 ... 59
• 제3절 제3세부 돌연변이 기술이용 우수 브랜드 장류 및 나물용 콩 신품종 개발 및 실용화 ... 84
• 제4절 제4세부 TILLING 기법을 활용한 내염성 유전자 대량검정밀 벼 품종개발 ... 110
• 제5절 제1협동 벼 고기능성 쌀 품종 개발 및 실용화 ... 141
• 제6절 제2협동 돌연변이 기술을 이용한 바이러스 저항성 고추 유전자원개발 ... 162
• 제7절 제3협동 돌연변이 육종기술을 이용한 밀 신품종 개발 ... 193
• 제8절 제4협동 블랙베리 유망돌연변이 계통의 품종 실용화 및 스테비아 육종 ... 233
• 제9절 제5협동 돌연변이 기술을 이용한 산업용 고구마 품종육성 ... 251
• 제10절 제6협동 내염성 및 조숙 · 단간성 유대 돌연변이 품종 개발 ... 279
• 제11절 제7협동 돌연변이 유도 녹색 꽃 양배추의 단인자 우성 웅성불임성의 실용화 ... 317
• 제12절 제8협동 돌연변이 육종기술을 이용한 색소 및 영양 강화 토마토 계통 선발 및 품종 육성 ... 338
• 제13절 제9협동 유전마커 시스템을 이용한 병저항성 벼 돌연변이 계통선발 및 분자마커 개발 ... 354
• 제14절 제10협동 돌연변이체를 이용한 기후변화 대응 벼 유전자 네트워크 구축 및 품종 개발 ... 375
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 412
• 제 5 장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 433
• 제 1절 연구개발 신품종 및 유망 선발 돌연변이 계통 ... 433
• 제 2절 신 돌연변이육종 선발 기술 ... 435
• 제 3절 개발 분자마커 및 유전자 ... 436
• 제 4절 실용화 및 산업화 기술 ... 437
• 제 5절 개발 시제품 ... 438
• 제 6절 교육·지도·홍보 등의 기술 확산 ... 438
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 439
• 제 7 장 연구시설·장비 현황 ... 440
• 제 8 장 참고문헌 ... 441
• 끝페이지 ... 471