초록 ▼

Ⅴ. 연구개발결과
1. 벼 유전자원 활용 고품질, 고 기능성 등 유용자원 탐색 및 선발
가. 국내고유자원 및 유전자원의 증식, 특성평가
(1) 기본농업형질 평가
○ 260개 국내 육성종의 경우 출수기 및 기본 농업형질에 대해 조사를 수행하였다. 육성조생종 품종은 대체로 출수기간과 등숙기간이 안정적으로 나타났으며, 이들 중 극조생종, 고품질 및 복합내병성 특성에 대해 각각 진부올벼, 오대벼, 조평벼 등을 선발하여 교배모본으로 활용하였다. 총 130점의 도입자원에 대한 출수기 조사를 통해 1차년도에 선발된 러시아

Ⅴ. 연구개발결과
1. 벼 유전자원 활용 고품질, 고 기능성 등 유용자원 탐색 및 선발
가. 국내고유자원 및 유전자원의 증식, 특성평가
(1) 기본농업형질 평가
○ 260개 국내 육성종의 경우 출수기 및 기본 농업형질에 대해 조사를 수행하였다. 육성조생종 품종은 대체로 출수기간과 등숙기간이 안정적으로 나타났으며, 이들 중 극조생종, 고품질 및 복합내병성 특성에 대해 각각 진부올벼, 오대벼, 조평벼 등을 선발하여 교배모본으로 활용하였다. 총 130점의 도입자원에 대한 출수기 조사를 통해 1차년도에 선발된 러시아 도입 자원 Liman Belozernij와 3차년도 구주대학 분양자원인 AKAGE은 극조생종 육성에 중요한 자원으로 활용 가능할 것이다.
○ 일본 구주대자원에 대해 출수기, 간장, 천립중, 아밀로스함량의 농업형질을 조사하였으며, 이중에서 특히 아밀로오스 함량은 0%인 찰벼에서부터 33.4% 메벼까지 다양하게 이루어져 있으며, 총 18개 품종에서 저아밀로스로 인한 waxy의 특성을 발견할 수 있었다. 또한 준단간형인 품종들이 많았고, 그 중 ATSUTA GAISEN, BARABARA MOCHI 2품종은 waxy의 특성을 가지고 있으면서 준단간형인 품종들인 고시히까리,저아밀로스 품종인 밀키퀸 같은 농가에서 재배하기 어려운 장간 품종과의 교배 중간모본으로도 활용이 가능할 것으로 판단된다.
○ 국내 육성종, 재래종 자원들과 분양받은 일본 구주대 자원, 미국 농업연구청 자원들 각각의 다양한 형질 및 유용한 자원들의 선발을 위해 주요 농업형질에 대한 평가를 수행한 결과 이들 유전자원들에 대한 다양한 출수기와 여러 농업형질에 대해서 생태형별 기본 정보들을 활용하여 국내 장려품종들과의 교배를 통한 중간모본 작성 및 유용형질 선발 과정을 통해 차후 유용한 육종소재가 될 수 있을 것으로 판단된다.
나. 유전자원의 미질 및 기능성 특성평가
(1) 기능성 성분 평가
○ 재래종 자원에 대한 지질성분에 대한 분석 결과 쌀 지질 중 20% 내외를 차지하여 미질특성에 영향을 주는 palmitic acid(C16:0)의 함량이 높은 재래종 품종과 2개의 이중 결합을 포함하는 Linoleic acid(C18:2)의 함량이 높은 재래종 품종을 선발하였다. 이들 지방산은 쌀의 전분과 결합하여 starch lipid 형태로 밥 맛 특성에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구과제에서는 이들의 특성을 규명하고 지역 대표품종에 우수 특성을 이전하기 위해 교배 모본으로 활용하였다.
○ 일반적으로 oleic acid(C18:1) (45%) > linoleic acid(C18:2) (30%) > palmitic acid(C16:0)(20%) 수준으로 알려져 있으며, 재래종 유전자원은 oleic acid, linoleic acid, palmitic acid가 각각 평균 36.5, 36.8, 21.5% 수준으로 나타났다. 특히 밥맛과 관련이 있는 palmitic acid의 경우 17.28 ~ 27.73 정도의 변이를 보였으나, 변이계수가 7.0으로 다른 지방산에 비해 낮게 나타나 품종 간 변이가 크지 않은 것으로 나타났다.
○ 국내 육성종, 도입종, 재래종 자원들을 대상으로 하였으며, 벼의 생태형(Indica,Japonica) 차이와 각 지역별 품종간의 성분함량을 비교분석하여 기능적 가치 중 함량분석 결과를 보면 기존에 양질미로 보고된 Japonica 타입이 Indica에 비해 전체적으로 기능성 성분 함량이 높은 것을 알 수 있고, 또한 비타민E의 주성분인 알파 토코페롤이 함량에 따라서도 좌우되는 것을 확인하였다.
○ 보유자원의 Vitamin E 함량이 높은 자원들과 낮은 자원들을 대상으로 기본농업형질평가와 미질관련 연관분석으로 유용자원의 유전분석 및 이를 이용하여 기능성 성분관련분리집단 육성, 육종기간 단축 등 품종육성에 활용 가능할 것으로 판단된다.
(2) 내병, 내재해 특성 평가
○ 최근에 국내 재배품종에 대해서 균주별로 저항성 반응이 다르게 나타나는 문제가 대두 되었는데, 품종별 저항성 정도를 확인한 결과 저항성 반응이 일치하는 품종이 있는가 하면 저항성 반응이 균주별로 다르게 나타나는 품종들도 볼 수 있었다.
○ 저항성 유전자를 매개로 하는 과민성반응(Hypersensitive Response; HR) 위주의 품종들은 국내장려품종과의 교배육종 및 저항성 유전자 탐색을 위한 마커개발 등의 저항성 벼 품종육성에 이용 가능할 것으로 보인다.
○ 미면, 청담, 신운봉, 흑진주, 문장, 동진찰 등의 품종들은 동일한 저항성 반응을 나타내는가 하면 수광, 영덕, 황금누리, 황금노들, 건강홍미 품종들은 균주별로 저항성과 감수성을 나타내는 등의 전혀 다른 결과를 보였고, 특히 도열병에 감수성으로 보고된 동진벼는 KI197 균주에서는 감수성을 KJ401에서는 강한 저항성을 보였다.
○ 최근 병원성 균주의 레이스별 세분화와 균주특이성 저항성 결과로 인해 국내 도열병균주에 대해서 표현형 평가 및 저항성 유전자 분석에 어려움이 많이 있었고, 이에 따라 정확한 분석결과나 재현성이 어려워 육종가들 또한 사용하기 어려웠었다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 현재 표현형 평가가 완료된 품종들 위주로 Real-Time Taqman PCR을 이용하여 균의 정확한 수치까지 확인하고 육안으로의 평가의 한계를 넘어 보다 정확한 분석을 위해 차후 보완 실험이 필요할 것으로 보인다.
다. 인공교배를 통한 변이확대
(1) 육성목표 형질의 특성에 따라 지역 대표품종과 선발자원의 교배 작성
○ 우수 육성종에 배유 특성관련 우수 형질을 도입하기 위해 중간찰(du), 찰벼(wx), 거대배아미(ge) 등을 가진 계통과의 교배를 수행하였다. 또한 찰벼 유전자 도입을 위해서는 국외에서 수집된 찰벼 품종을 교배모본으로 활용하였다.
○ 숙기, 내염 및 내도열병 등 재배적성 개선 및 기타 성분 특성 개선을 위해 조생종과 장려품종간의 교배, 조생종 간의 교배 및 내염성 품종인 Pocareri와 장려품종의 교배,내도열병 재래종 자원과의 교배, Plamitic acid 고함량 재래종과의 교배 등을 수행하였다.
○ 그 외 배유 돌연변이 계통의 유전자 특성을 고찰하기 위해 신동진벼, 밀양 23호 등과 교배를 수행하였다.
라. 교배 후대 계통 육성
(1) 계통재배 및 세대진전을 통한 품종 육성
○ 찰벼(waxy), 당미(sugary), 거대배아미(giant embryo), 중간찰(dull), 숙기, 내염성, 도열병 저항성등 재배적성 개선 및 기타 성분 특성 개선을 위해 유전자원 및 육성종간의 교배 계통의 세대진전을 통해 후대육성을 진행하였다.
○ 우수 육성종에 배유 특성관련 우수 형질을 도입하기 위해 중간찰(du), 찰벼(wx), 거대배아미(ge) 등을 가진 계통과의 교배를 수행하였다. 또한 찰벼 유전자 도입을 위해서는 국외에서 수집된 찰벼 품종을 교배모본으로 활용하였다.
○ 숙기, 내염 및 내도열병 등 재배적성 개선 및 기타 성분 특성 개선을 위해 조생종과 장려품종간의 교배, 조생종 간의 교배 및 내염성 품종인 Pocareri와 장려품종의 교배,내도열병 재래종 자원과의 교배, Plamitic acid 고함량 재래종과의 교배 등을 수행하였다.
○ 그 외 배유 돌연변이 계통의 유전자 특성을 고찰하기 위해 신동진벼, 밀양 23호 등과 교배를 수행하였다.
○ 품질다양화 및 재배적성 개선을 위해 우수 육성종과 선발 유전자원에 대해 인공교배를 수행하였다.
○ 현재 장려품종으로 우수한 계통의 주남, 신동진, 한아름, 진상 등의 품종들을 대상으로 미질 관련 특성과 기능성 성분 그리고 내병․내재해성을 보유하는 국내 육성종, 재래종, 도입자원, 돌연변이 품종들의 특성형질을 도입하여 다양한 특성의 고식미 벼 품종개발 및 미질․기능성 특성관련 유전자 연구를 위해 신규교배를 실시하였다. 이외에도 차후 각 특성형질의 유전자 변이(SNP, SSR) 탐색과 저항성 개선 고식미 품종 육성,신규 저항성 자원 선발에도 사용 가능할 것이다.
○ 새로 추가된 형질로는 벼의 중배축 신장(길이)과 관련된 형질을 가진 자원들과 침수저항성에 관련된 형질들(Escape, Quiescence)을 대상으로 신규교배를 수행하였고, 이외에도 기존의 교배자원들의 세대진전 및 여교배 등을 수행하였으며 각 형질별로 특성 평가를 수행하였다.
(2) 세대진전을 통한 품종육성
○ 개체별로 주당 1이삭씩 수확하는 SSD 방법을 통한 세대진전에 이용하고, 개체별로 특성을 평가하여 목적에 부합되는 개체 선발을 하여 수확 및 특성 평가를 수행하였다.특히 찰벼, 당미, 중간찰 특성에 대해서는 종자 건조 후 배유 특성을 평가하여 개체를 선발하였고, 숙기에 대해서는 유전분석을 위한 개체별 이삭 수확 외 조생종에 대해 개체를 선발 및 수확 하였다. 내염성은 초기 세대 평가가 어려워 세대진전 후 평가를 위해 비선발 수확하였다.
2. 선발된 유용자원 및 육성 중인 돌연변이 계통의 주요 특성검정
가. 우수계통 및 품종의 특정형질 개선을 위한 돌연변이 작성
○ EMS가 처리된 M₂ 식물체들을 대상으로 포장에서 재배 기간 동안 출수기, 수장, 초형등의 표현형(Phenotype)이 조사되었다. 1차 탐색된 변이들은 출수기, 간장 길이의 변이였으며 이 밖에 이삭 마디 길이의 변화와 종피색과 까락의 유무 및 다분얼(분얼수:49, 이삭수: 46, wild type에 비례 약 100%) 등의 차이가 있었다.
○ 돌연변이가 발생된 품종 중 유용 돌연변이 품종을 선발하여, 기존 우수품종과의 교배 및 여교배를 통한 새로운 품종 육성과 차후 분자생물학적 접근을 통한 유용 형질관련 유전자들에 대해 보완 분석이 필요할 것으로 보인다.
○ 전년도에 M₂세대에서 선발한 개체들을 가지고 금년도에 변이형질 관련 특성평가 및 포장선발을 수행하였다. 원품종들은 장려품종인 호품을 비롯해 수량성을 위한 한아름 2, 주남, 친농과 기능성을 위한 홍진주를 대상으로 수행하였고, 현재 선발한 개체들을 대상으로 수확 및 종실특성평가를 수행하였다.
○ 기존에 보고된 내용으로는 이러한 돌연변이 처리방법으로는 벼의 배유의 저장물질에 관한 유전자원 평가나 종실 변이체로서의 변이를 이용가능하다고 보고 되어있으나, 본 실험을 통해 농업형질평가와 포장선발 결과만으로도 변이체 선발이 가능하였다.
나. 돌연변이 계통의 재배특성 평가 및 포장선발(EMS, MNU)
(1) 돌연변이 계통의 특성평가
○ 돌연변이 계통 중 심복백, 거대배, 중간찰 특성을 갖는 계통에 대해 신속한 품종화를 위해 여교배를 수행하여 BC₁F₃을 육성하였다. 이들 계통에 대해 포장실험결과 BC₁F₃-128의 경우 원품종인 신동진벼에 비해 이삭길이가 긴 특성을 보였으나, 그 밖의 기본농업형질이 신동진과 거의 유사한 특성을 보였다. 또한 각 계통은 반복 간 안정적인 결과를 보여 중간찰 계통과 거대배 계통의 경우 특허 출원하였으며, 생산력검정 시험 후 품종보호출원 하였다.
(2) 돌연변이계통의 작물학적 특성
○ 2 가지 변이원에 의해 선발된 56 계통에 대하여 기본 농업형질 및 종실 특성을 평가한 결과 출수기(heading date)에 대해 원모본과 비교해 보면, 신동진벼는 8월 21일이며 대부분 출수기 ±5일 내에서 출수하였고, waxy, dull, floury, white belly로 분류된 계통은 대부분 변이모본보다 다소 늦게 출수하는 경향을 나타냈다. 특히 floury의 KNUM-29계통은 변이모본보다 8일 늦게 출수하여 공시변이계통에서 가장 만생적 출수를 보였다. 공시계통수가 가장 많은 opaque로 분류된 계통의 출수기는 각각의 opaque 계통마다 약간씩 차이는 있었지만 변이모본과 ±5일 내에 대부분 출수하였고,그 밖의 배유 및 입형특성의 변이계통에서는 변이모본보다 다소 일찍 출수하는 경향을 보였다.
○ Kim et al.(1998)은 감마선 처리에 의해 유묘의 초장이 작아진다고 하였고, Seetharami-Reddi et al.(1989)은 조사선량의 증가에 따라 생육초기의 초장에서도 감소가 심해진다고 하였다. 이와 같이 돌연변이원에 따른 변이계통의 출수기 변화, 간장 및 수장의 감소는 돌연변이체의 특성이라 할 수 있을 것이다(Lee et al., 1989). 한편 돌연변이 처리에 의한 변이계통은 단간화에 따라 수반된 제형질이 변화되어 저수량성으로 나타나는 경향이 있다는 보고가 있는데(Kim et al., 1976; IAEA, 1970), 공시된 변이계통에서도 대부분 간장 및 수장에서 짧아지는 경향을 나타냈다.
○ 간장에서 waxy로 분류된 계통에서만 모두 간장에서 변이모본보다 장간의 특성을 보였는데, KNUM-2의 waxy 계통이 104㎝로 변이모본인 신동진의 93.7㎝보다 11.3㎝ 더 길었다. 반면 KNUM-19의 opaque 계통은 64.3㎝로 모본보다 29.4㎝의 짧은 특성을 나타냈고, waxy 이외 모든 계통에서 단간의 경향을 나타내며 각각의 계통에서도 변이폭이 다양하였다.
○ 수장의 특성에 있어서는 변이모본이 24.3㎝를 나타냈고, KNUM-35의 심백(white core)계통에서 이삭길이 27㎝로 가장 길었으나 같은 특성의 KNUM-43이 17.7㎝로 9.3㎝의 넓은 변이 폭을 나타냈고, 간장에서는 큰 차이를 없었던 white core로 분류된 계통에서 이삭길이의 변이 폭이 특히 다양하였다. 그 외의 변이계통에서 수장은 간장의 패턴과 같이 변이모본보다 짧은 경향을 보였는데 생태적 특성에서 가장 대표적인 간장, 수장을 변이모본과 비교하여 보면 소수의 변이계통을 제외한 대부분이 모본과 유사하거나 다소 짧은 경향을 보였다. 이와 같은 주요 농업적 특성은 종실 수량성과 높은 상관을 갖기 때문에 모본보다 불리한 계통은 대체적으로 종실 생산성이 떨어진다.
○ 변이 모본인 신동진은 현미 길이가 6.15㎜, 너비는 3.16㎜, 두께가 2.1㎜이며, 천립중 28.83g으로 국제미작연구소(IRRI)의 종실형 분류기준에서 중간정도의 길이, 너비, 두께를 갖으며 천립중으로 보면 대립에 속하는 자포니카 형 다수계의 품종이다. 일반적으로 대립계통은 유전적으로 소립에 대하여 열성이며, 장간, 만생 등의 특성이 함께 발현되는 등 재배에 있어 부적합한 특성을 보이는 것이 많다. 하지만 변이계통인 KNUM-47은 현미 길이가 6.34㎜이고 천립중이 34.1g으로 변이모본보다 대립(large grain)의 특성을 보이면서 출수기가 늦거나 불임발생도 없고 모본과 유사한 형태적 특성을 보여 초다수계 육성이나 양조용, 사료용 등의 중간모본으로 이용할 수 있는 가능성을 시사하였다. KNUM-56은 현미 길이가 6.33㎜으로 모본보다는 약간 길었으나 장폭비가 2.31로 장립(long grain)의 특성을 나타냈으나 천립중은 모본보다 다소 떨어졌다. 소립(small grain)계통인 KNUM-53은 현미의 길이가 5.1㎜, 너비 2.98㎜, 천립중 23.1g으로 변이체 중에서 가장 작았고, 원형립(round grain)으로 분류된 KNUM-48는 장폭비 1.57로 거의 원형에 가까운 특성을 보였다. 특히 미립내의 전분축적이 충실하지 않고 쭈글쭈글(Winkled)한 형태의 당질미(sugary)인 KNUM-31은 현미 두께와 천립중에서 1.01㎜, 14.1g으로 신동진의 약 50% 정도였고, shrunken도 유사한 경향을 보였다. 자포니카 형의 동일 품종으로 유기된 공시재료의 돌연변이 56계통에서도 천립중 14.4g∼34.1g으로 2배 이상의 변이 폭과 장/폭 비 1.57∼2.31의 다양한 분포를 보였다. 변이계통은 대부분 변이모본보다 종실특성의 립장, 립폭, 립후,천립중에 있어 작거나 적은 특성을 나타냈다. 한편 종실의 배유 및 종실형태 변이 계통이 생태적 특성과 함께 발현되는 것은 유전자의 결실부분이 커서 다면발현으로 나온 결과라 생각된다. 옥수수의 opaque-2나 floury-2 (Mertz et al., 1964)에서도 고라이신 함량계통이 출현하였지만 열악한 생육특성으로 병충해에 약하며 수량이 떨어지는 등의 기피 특성으로 인해 실제 재배화가 되지 못한 예가 있다. 따라서 실제적 육종에 있어서는 종실변이 계통의 선발과 함께 낮은 수량성을 회복하기 위한 연구도 함께 수행되어야할 것으로 생각된다.
○ 신동진을 모본으로 종실 배유 및 종실형태 계통에서 다양한 단백질 변이를 찾을 수 있었고, 이들 변이는 양적 변이와 분별추출에 의해 나누어지는 구성단백질의 peptide간 변이체 및 전분합성에 관련된 고분자량의 변이체도 있었다. 특히 배유의 특성변이에 의한 변이체에서 고분자량의 변이는 차후 전분합성의 관련 유전자 탐색, 전분 및 단백질축적 메카니즘 규명 등에 유용한 재료로 이용될 것이라 생각되며, 용매추출에 따른 구성 단백질의 다양한 변이체는 미립 단백질의 양적 개선에 따른 용도와 기능성을 극대화할 수 있는 유전 육종의 중요한 재료가 될 것이다.
○ 2년차에 특허 출원된 예농 1호와 예농 2호에 대해 현재 수원, 예산, 괴산의 증식포장에서 종자증식 및 친환경 유기농업 기술을 이용하여 재배하였고, 품종보호출원을 완료하였다.
(3) 돌연변이 계통의 배유 아밀로그램(RVA)의 특성평가
○ 기 육성된 돌연변이 계통 중 배유돌연변이 계통은 배유의 특성이 waxy(wx, 찰), dull(du, 중간찰), giant embryo(ge, 거대배아미), shrunken(sh), sugary(su), opaque(op) 형태로 이들의 배유 특성은 다양한 가공적성에 적용될 수 있다.
○ Waxy, dull, high amylose, floury, shrunken, sugary와 같이 배유 돌연변이 계통의 RVA 분석결과 호화개시온도는 모본(신동진벼)이 68.4였으며 waxy, dull 계통에서는 모본과 유사 하였지만, sugary, high amylose로 분류된 계통에서는 85.6, 82.4로 매우 높았고, floury, shrunken으로 분류된 계통에서는 모본보다 다소 높은 경향을 보였다.최고점도는 중간찰(dull) 계통에서 높은 경향을 보였고, high amylose, sugary 계통에서는 낮은 경향을 나타냈으며, 그 밖의 계통에서는 모본과 비슷하였다. 강하점도는 중간찰 계통에서 모본보다 높은 경향을 보였고, high amylose, shrunken, sugary의 계통에서는 차이가 거의 없거나 매우 낮은 경향을 보였으며, floury 계통에서는 다소 낮은 경향을 보였다. 전분 노화경향과 관련된 치반점도는 아밀로스함량이 낮은 계통인 waxy, dull은 낮은 경향을 보이면서 노화가 느리게 진행되는 일반적인 밥맛 특성과 일치하였고, 그 밖의 계통에서는 모본보다 높은 경향을 나타내어 노화가 빨리 진행됨을 알 수 있었다.
○ Peak time은 opaque, white core, white belly로 분류된 계통에서 모본보다 전체적으로 약간 높은 정도를 보였으며, 호화온도는 전체적으로 약간 낮은 경향을 보였지만,opaque로 분류된 KNUM-9, KNUM-13, KNUM-27, KNUM-28의 계통에서는 높은 호화온도를 나타냈다. opaque로 분류된 계통의 강하점도는 모본(102.4 RVU)보다 높거나 낮은 값을 나타내며 매우 다양한 특성범위(35.6~127.3 RVU)를 보였고, white core(53.9~147.9 RVU), white belly(92.4~128.4 RVU)에서도 유사한 경향을 보였다. 또한 치반점도 역시 opaque로 분류된 계통에서 -45.7~57.8 RVU, white core -0.8~-54.5 RVU, white belly -1.9~-37.5 RVU의 다양한 경향을 나타냈다.
○ Rapid viscosity analysis에서 생성된 값들의 상관관계는 peak viscosity과 peak time, trough viscosity와 setback을 제외하고 모두 상관관계를 나타냈다. peak viscosity는 breakdown와 고도의 정의 상관(r=0.913)을 보였으며, setback과는 부의 상관(r=10.410)을 나타냈다. Trough viscosity는 final viscosity와 고도의 정의 상관(r=0.950)을 보였으며, consistency와는 부의상관(r=-0.226)을 나타냈다. Setback과 consistency와는 고도의 부의상관(r=-0.913)을 나타냈다.
3. 다양한 특수미 계통 및 고품질, 고 기능성 우수계통 선발 및 육성
가. 목적형질별 우수 고세대 계통의 생산력 예비시험
(1) 우수 고세대 계통의 기본농업형질, 수량구성요소 등 생산력 검정
○ 중간찰, 단간, 내도복 고세대 계통의 생산력 예비시험
- 생산력 예비시험 중간찰 계통 중 일부 계통은 출수기 등이 분리하여 생산력시험에서 제외하고 기본농업형질이 안정적으로 나타난 2개 계통을 선발하여 기본농업형질 조사를 수행하였다.
- 화영벼와 중간찰벼를 교배한 후대 계통은 만생 계통으로 수량성이 우수할 것으로 기대되며 우수한 2개 계통을 선발하여 기본농업형질 등을 조사하였다.
○ 중간찰 고세대 계통의 생산력 예비시험
- 화영벼와 중간찰벼를 교배한 후대 계통은 만생 계통으로 수량성이 우수할 것으로 기대되며 공시된 5개 계통 중 우수한 3개 계통을 선발하여 기본농업형질 등을 조사하였으며, 수확 후 종자 및 배유특성에 대한 분석을 추진하였다.
- 생산력 예비시험 중간찰 계통 중 기본농업형질이 안정적으로 나타난 3개 계통을 선발하여 기본농업형질 조사를 수행하였고, 추후 종자특성과 미질특성에 대한 분석을 추진하였다.
○ 찰벼 계통의 생산력 예비시험
- Sigahabute는 일본 찰벼품종으로 아밀로펙틴의 사슬구조 중 단쇄형 사슬의 비율이 높아 찰성 및 밥맛 특성이 우수한 찰벼 품종으로 주남 및 동진찰벼와 교배하여 화영벼와 중간찰벼를 교배한 후대 계통은 만생 계통으로 수량성이 우수할 것으로 기대되며 공시된 4개 계통 중 주남 후대 1계통과 동진찰 후대 계통 1계통을 각각 선발하였다.생예-89은 포장 도열병 저항성이 우수하나 다소 키가 큰 특성이 있어 질소 과다 시용시 도복이 우려된다. 생예-92는 지엽의 형태가 완전직립에 가깝고 줄기의 자세가 반직립으로 내도복성이 강한 것으로 판단된다.
○ 거대배아미 계통의 생산력 예비시험
- 공시된 4개 계통 중 일부 조류피해가 있어 기본형질에 대한 조사를 수행하였고, 4개 계통 중 포장에서 병해 발생이 심했던 97번과 99번은 도태시키고 2개 계통을 선발하여 차년도에 생산력 재료로 선발하였다.
○ 기타 유색(갈색)미 계통의 생산력 예비시험
- 유색(갈색)미 계통인 생예-109는 당미/ 적진주 교배조합을 가지며, 출수기는 8월 5일,간장은 73cm, 수장은 23cm로 조사되었으며, 생예-110은 화영/적진주의 교배조합을 가지며, 출수기는 8월 23일이며, 간장은 83cm, 수장은 23cm로 조사되었다. 전체적으로 균일하고, 이형주가 발견되지 않았다.
○ 선발된 생산력 우수 계통의 농업형질조사
- HJ-8은 2012년, 2013년에 난괴법 3반복으로 농업형질 검정을 실시한 결과, 기본농업형질인 출수기, 간장, 수당립수, 천립중 등의 특성에 있었고, 2013년 포장 재배시험에서 전체적으로 균일하고, 이형주가 발견되지 않았다.
- HJ-43은 HJ-8과 같은 방법으로 검정을 실시 하였고, 출수기는 8월20일인 중생종이다.유효분얼수(이삭수)는 14.1개로 보통이며 이삭길이는 20.9cm로 긴 편이다. 모양은 단원형이며, 현미 천립중은 26.30g이다.
나. 내병·내재해성 관련 형질의 유전분석
(1) 보유자원에 대한 내병·내재해성 관련 유전자들의 형질 연관성 분석
○ 내재해성 중 종자수명(Seed Longevity)의 관련된 형질과 유전자간의 연관성 분석
- 벼에서 중요한 특성 중에 하나인 종자수명은 종자의 생산 및 종자활력에 있어서 주요요인으로 작용하는데, 분자육종에서의 벼의 향상된 저장능력을 가진 새로운 품종을 육종 개발하는데 유용하게 사용될 것이다.
- 보유자원들의 종자수명 관련 유전자들에 대해서 Haplotype 분석을 진행하였고, 그 중형질 관련 세 가지 유전자인 Lox 1, Lox 2, Lox 3에 대한 분석을 수행하였다.
- Lox 1, Lox 2 Haplotype에 대해서 분석 결과 각각 11개의 haplotype과 SNP와 InDel을 포함한 93개, 27개의 variation 부위를 찾을 수 있었다.
- Lox 3 유전자에 대해서 분석 결과 각각 4개의 haplotype과 SNP와 InDel을 포함한 8개의 variation 부위를 찾을 수 있었다.
- Haplotype 분석을 통해 확인된 결과는 기존에 보고되지 않은 exon 부위의 새로운 SNP와 InDel 부분이 있음을 확인하였다.
○ 벼 도열병 저항성 유전자 탐색
- YL 155, 183 / YL 87 마커 set로 보유중인 자원을 대상으로 확인한 결과 12번 염색체 상의 Pita 유전자는 YL 155/YL 87 분석에서는 3품종이 1024bp 밴드를 형성하였고, YL 183/YL 87 분석에서는 1품종이 밴드를 형성하였다. 야생벼에서 유래한 Pi-9저항성 유전자 탐색을 위해 보유중인 자원을 대상으로 NBS O/U로 증폭된 DNA 단편에 제한효소 HinfⅠ제한효소를 처리한 결과 500bp, 460bp, 240bp, 220bp 크기로 절단 되었으며, 5개 type으로 분류 되었다. 이 중 15품종에서 460bp와 220bp 밴드가 형성되어 Pi9-type으로 밝혀졌다.
○ 벼 도열병 저항성 유전자(Pi-b, Pi-9) Haplotype 분석
- 도입자원을 대상으로 haplotype 분석을 이용한 벼 도열병 관련 유전자의 haplotype variation 탐색을 수행하였다.
- 벼 도열병 저항성 유전자 Pi-b, Pi-9를 이용하여 각각 39 type, 195 type의 haplotype이 확인 되었고, 더 다양한 variation을 도입자원에서 탐색 중에 있다. 추후 후속연구를 통해 variation을 이용하여 마커로 제작 후 보유중인 자원들을 대상으로 도열병 저항성 관련 유전자 탐색 및 phenotype 평가를 수행할 것이다.
- 재래종 자원 중 도열병에 강한 저항성 또한 중간정도의 저항성을 갖는 33개 품종을 선발하였다. 선발된 33개 재래종 품종의 포장도열병 (1~9, 1 : 무병징, 9 : 고사)와 Bacterial leaf light(K1, K2, K3)에 대한 저항성 정도를 표시하였다. 이들 선발 품종에 대해서는 12개 주요 도열병 유전자에 대한 탐색을 수행하였다. 유전자 탐색에 사용된 마커는 기존에 보고된 논문 등에서 정보를 수집하여 활용하였다.
- 벼 2번 염색체에 위치하고 있으며, 도열병에 광범위한 저항성을 보여 최근 10년간 가장 많이 활용되었던 Pib 유전자는 인디카 품종에서 유래된 것으로 분석된 재래종 유전자원 중에서 10개 품종에서 저항성 유전자가 탐색되었다. 포장 저항성이 가장 높게 나타났던 홍사도를 비롯하여 대체적으로 포장 저항성이 높았던 품종이 대부분 포함되었고, 밭나락 등이 밭벼와 호미나, 백곡나 등 찰벼 품종이 많았다.
- Pi-ta는 Jia 등 (2004)에 의해 개발된 마커를 사용하였다. Pi-ta는 우성유전자로서 본 실험에 YL155/87(Pi-ta 특이마커), YL183/87(pi-ta 특이마커) 두 개의 마커를 사용하였다. 위 마커는 Pi-ta 유전자를 정확히 탐색할 수 있는 마커이나 Pi-ta와 Pi-ta2를 완벽히 구분하지는 못 하는 것으로 보고되었다. 선발된 재래종 33개 유전자원 중에서 앵미, 적선, 선을 제외한 모든 품종에서 저항성 유전자가 탐색되었다.
- 현재 Pi-b, Pita 유전자에 대한 분석을 수행하였고, 차후 , Pi-km, Pi-i, Piz, Pi9 등에 대한 유전자 탐색을 수행할 계획이다. 재래종 품종의 도열병 저항성 유전자 탐색할 뿐만 아니라 포장도열병 평가에서는 저항성을 보이나 주요 저항성 유전자를 포함하지 않은 자원에 대해서는 추후 도열병 감수성 품종 및 iso-genic 계통과 교배를 통해 육성품종에 유전자를 도입한 중간모본을 육성하고, 관련 유전자에 대한 연관마커 개발 및 유전자 동정 등의 유전연구 재료로 제공할 것이다.
- 벼 도열병 병원균(KJ401)의 형질 연관성 분석 관련 Software(PLINK, GAPIT)를 이용하여 후보유전자 선발을 수행하였다.
- 병 검정 분석결과와 유전형질 분석결과를 가지고 기존에 보고된 2개의 Software를 이용하여 연관 분석하였고, 그 중 질적형질에 이용하는 PLINK Software를 이용하여 4개의 NBS-LRR(Nucleotide-Binding Site Leucine-Rich Repeat) 후보유전자를 확인하였다.
○ Anaerobic Germination 관련 유전자의 Haplotype 분석
- Anaerobic germination 관련 3개의 유전자들의 haplotype 분석이 수행 되었다. Sub1,Sub2, Ramdy3D에서 각각 46개, 18개, 19개 부분에서 variation이 확인 되었다.
○ 벼의 Pre-harvest Sprouting(수발아) 관련 유전자의 Haplotype 분석
- 수발아 관련 유전자 4개의 Haplotype을 분석한 결과, OsVP1은 27그룹, Osaba1은 29그룹, Alpha-amylase 3D은 6그룹, OsGA20ox1은 14그룹으로 나누어 졌다. 수발아와 관련된 유전자의 exon부분의 새로운 SNP와 InDel은 nonsynonymous로 확인되었고,이 결과를 통해 수발아 저항성을 가진 품종을 선발할 수 있고, 위에서 언급한 연구단계에 기초하여 수발아 형질에 대한 분자적 연구를 수행하고, haplotyping을 통한 SNP 마커개발 할 수 있는 기초자료로 이용가능할 것으로 판단된다.
다. 육성품종의 지역재배적성 평가
(1) 개발예정 품종의 지역재배적성 예비평가 (재배시험: 수원, 예산, 괴산)
○ 지역재배적성 예비평가 : 저아밀로스 ‘진상’벼에 대해 지역재배적성 평가
- 지역재배적성 시험 결과 평균수량성은 515.3kg/10a로 조사 되었고 도복 및 병충해에는 약한 결과를 보였다.
○ 상품화 및 산업화를 위한 품질평가회 개최
- 개발 육성중인 품종에 대해 대규모 생산력 시험을 수행하였고, 차후 수확된 산물에 대해 농협RPC, 농업기술센터 등과 협조하여 실제 이용자들에게 품질평가회 실시하여 지역 브랜드로서 경쟁력을 평가하였다.
(2) 육성품종의 수량성, 재배안정성 및 지역재배적성 평가
○ 육성 품종의 특허등록 (단간형의 식미 특성이 개선된 벼 신품종 ‘진상’벼 개발)
- ‘진상’은 단간형의 식미 특성이 개선된 벼 신품종으로, 유메추쿠시 계통을 모본으로 하고 밀키퀸 품종을 부본으로 인공교배하여 얻어진 수정란에 N-methyl-N-nitrosourea를 돌연변이 유기물질로 처리한 다음 수확된 종자를 전개하여 형성된 F1에서 단간이면서 돌연변이 유기물질 처리가 확인된 40%이상 불임의 특성을 지닌 개체주를 선발하고, F2 이후 단간이면서 아밀로스 함량이 낮은 특성을 지닌 계통을 선발하는 과정을 통해 육성되어 단간이면서 아밀로스 함량이 낮고 도요 식미값이 높은 우수한 식미특성이 동일하게 안정적으로 유지되는 벼 신품종이다.
- 본 신품종은 도입 양식미인 고시히까리 등과는 달리 단간 초형이면서 아밀로스 함량이 낮고 단백질 함량이 낮으며, 알칼리붕괴도가 높고 도요 식미값이 높으며 식미특성이 월등히 우수하여 소비자 기호에 부응하는 고품질 벼 신품종인 것으로 평가되었으며, 후대에 걸쳐 우수한 유전적 형질이 균일하고 안정적으로 유지되어 벼 재배농가의 소득증대에 크게 기여할 것으로 기대된다.
○ 육성계통의 지역적 재배 적성 및 친환경 재배 적성 평가
- 2∼3년차에 예산, 괴산, 수원 등의 증식포장에서 수행하였던 돌연변이 우수계통 중대립 저아밀로스 양질미 “예농1호”와 거대배아미 “예농2호”에 대한 종자증식 및 친환경유기농업 기술을 이용하여 재배한 결과를 바탕으로 금년도 품종명칭등록 2건, 품종생산수입판매신고 2건, 품종보호출원 2건 모두 완료하였다.
- 충남 예산 시험포장에서 예농1호, 예농2호와 대조품종인 신동진벼 수량성, 재배안정성 및 지역재배적성 평가를 실시한 결과, 파종시기를 앞당겨 전년도에 비해 전체적으로 출수가 2～3일 일찍 하였고, 간장을 제외한 대부분의 특성에 있어서 변이가 작거나 비슷한 수준으로 확인하였다.
- 경남 밀양 시험포장에서 예농1호, 예농2호와 대조품종인 신동진벼 수량성, 재배안정성 및 지역재배적성 평가를 실시한 결과, 오히려 충남 예산에 비해서 대조품종과의 기본농업형질이 대부분 균일한 수준으로 확인이 가능하였고, 재배시험 중 이형주가 보이지 않았다.
- 기본농업형질인 출수기, 간장, 수장, 포기당 이삭수 등의 연차별 특성평가에 있어서 대조품종인 신동진벼에 비해 차이가 적거나 비슷한 수준으로 재배안정성 및 균일성을 확인할 수 있었다.
(3) 지역브랜드화를 위한 재배지역 특성 분석
○ 지역 농업기상 분석(충남, 경기지역)
- 본 과제를 통해 개발하고자 하는 당진군 등 충남지역의 2011년 4월부터 10월 현재까지의 농업기상은 평균 기온이 18.7℃로 4월달 최저 기온이 영하 1.4℃ 이고, 7, 8월 평균기온은 24.8℃ 수준으로 최고온도는 34℃였다. 이는 수원지역의 동 기간 평균 기온보다 1.8℃ 정도 낮은 온도이고, 최고온도도 수원지역에 비해 낮은 수준이다. 당진군지역의 기온은 전년도(2010년)에 비해 평균온도 및 월평균최고 온도는 약 1.3~2.0℃정도 높은 수준이고, 평균 강수량은 205.2mm 수준으로 2011년 7월 집중적으로 내려 583mm를 기록했다. 이는 지난해 평균 강수량의 2배 수준이며, 최대 강수량은 4배 수준이다. 수원 지역과 비교해서 2011년 및 2010년 평균 강수량은 비슷한 수준이나, 수원지역의 최대강수량이 700mm에 달한 것으로 조사되었다.
- 당진군과 예산군의 일별 기온, 습도, 강수량 등은 비슷한 수준으로 조사되었다.
○ 토양특성 분석(당진군, 예산군)
- 조사지역인 당진군과 농업토양은 표토층에 있어 두 지역 모두 양토가 대부분을 차지(당진군 64%, 예산군 51%)을 차지하였고, 다음으로 당진군은 미사질양토가 25% 정도였으나 예산군의 경우에는 사양토가 34% 정도로 나타났다. 그 외 사토, 식양토는 낮은 비율로 분포하였다.
- 당진군의 토양지형 분포는 구릉지가 2만 ha로 32.5%를 차지하였고, 선상/곡간지가 23.9%를 차지하였으며, 특히 해안평탄지가 전체 62,105ha의 28.2%인 17,529ha를 차지하여 내염성 품종에 대한 연구개발이 시급하다. 예산군의 경우 구릉지가 27.5%로 가장 많았고, 산상/곡간지가 23.6% 정도였다. 그리고 산악지가 24.9% 정도 차지했다.
- 당진군의 토양이용현황을 보면 초지와 임지를 더한 면적이 전체의 45.3% 정도를 차지하였고, 논이 43.6%, 밭이 11.1%를 차지하고 있다. 당진군의 전반적인 토양특성을 볼때, 현재의 초지 및 임지를 활용한 과수 면적 확대 및 밭 면적 확대 등이 가능할 것으로 보인다.
- 예산군의 경우 당진군의 토양이용현황을 보면 초지와 임지를 더한 면적이 전체의 52.4% 정도를 차지하였고, 논이 32.8%, 밭이 14.8%를 차지하고 있다. 당진군의 전반적인 토양특성을 볼 때, 임지를 활용한 과수 및 밭 작물재배 면적 확대가 가능할 것이다.
- 당진군과 예산군의 논 면적은 각각 27,073ha, 17,107ha로 당진군이 1.6배 수준이었으나, 당진군의 경우 염해답의 비율이 32.1%를 차지하였고, 예산군은 염해답은 없었으나 사질답이 사질답이 38.2%인 6.530ha로 조사되어 이에 대한 재배적 조처가 필요한 것으로 판단된다.
라. 고 브랜드 상품화를 위한 품종판별 체계 개발
(1) DNA 마커를 이용한 품종판별체계 구축
○ 개발 브랜드의 경쟁력 제고를 위한 품종판별 체계 구축 예비실험
- 1차 품종판별용 마커 선발 : 벼 품종판별 마커set 개발을 위해 본 연구진이 기존에 확보 하고 있는 80개 국내 품종에 대한 157개 마커의 품종다양성 정도(PIC 값)를 조사하였다. 이들 가운데 품종다양성 정도가 높고, 단일 단편을 보이는 마커를 우선으로 하여 30개 SSR 마커를 선발하였다. 이들 중 hetero형이 많이 발생하는 마커와 정보가 부족한 4개 마커를 제외하고 1순위, 2순위로 마커를 선발하였다.
- 이를 기초로 하여 5~10개 내외 마커를 포함하는 마커 set을 개발 중에 있으며, 현재 3개의 마커set을 선정하여 DNA 분석이 완료된 150개 품종에 대해 품종판별 여부를 검증하였다.
- 현재 생산력 시험 중인 계통에 대해 차년도 생산력 시험을 수행할 계획이며, 이후 우수계통에 대해 품종보호출원 및 특허출원을 진행할 계획이다. 이와 더불어 개발품종의 상품화를 위해 기존의 품종과 구별할 수 있는 DNA 마커 체계를 구축하는 것은 쌀의 품질등급 표시 의무화와 함께 중요한 마케팅 전략으로 판단되며, 개발품종의 산업화에 반드시 필요한 부분이다. 본 연구진 최근 개발된 중간찰벼 품종에 대해 몇 가지 DNA 마커를 이용하여 품종판별을 수행한 바 있다. 즉 RM21, RM 48, RM 246등 세 개의 마커를 이용하여 기존에 유통되는 중간찰벼 품종의 DNA를 증폭하였을때 증폭산물의 길이에 차이는 보이므로 이 3가지 마커를 조합할 경우 단번에 신품종을 기존의 중간찰벼와 구분할 수 있었다.
- Multi-plex PCR을 통해 보다 간편한 마커세트 개발을 추진하기 위해 이들 마커 중 8개 마커를 선발하여 이들의 PCR 반응온도 및 PCR 단편의 길이에 대한 정보를 수집하였다.
- 이들의 각각의 마커에 각각 형광물질을 달리하고, 단편의 길이가 중첩되어 나타나지 않도록 할 경우 ABI 장비를 활용한 fragment analysis를 통해 한 번에 8개 마커에 대한 검사를 수행할 수 있을 것으로 판단하여, PCR 산물의 단편길이가 중첩되지 않도록 동일한 형광색으로 표지하였다.
- 즉, 표 60과 같이 형광물질을 코딩하는 경우 RM5503과 RM418은 150개 품종에서 탐색된 PCR 단편의 길이가 각각 175~209bp, 254~320bp로 겹치지 않으므로 동일 형광색이나 혼합하여 한 번에 분석이 가능하다. 또한 RM3509와 RM1388은 동일 형광물질로 분석가능하며, RM204와 RM526의 경우 동일한 형광색을 사용가능한 것으로 나타났다. 다만 RM1812와 RM2191은 단편의 길이가 증폭되기 때문에 혼합 분석이 불가능한 것으로 나타났다. 또한 PCR 반응온도 또한 차이가 있어 차후 multi-plex pcr적용을 위해서도 프라이머의 조정이 필요한 것으로 나타났다. 이러한 문제를 해결하기 위해 RM2191의 마커 정보를 이용하여 동일한 SSR을 포함하면서 PCR 단편의 길이를 50bp 정도 증대시키도록 프라이머를 재설계하였다.
- 이를 위해 RM2191의 염기서열 정보와 반복염기서열을 확인하고, 주변의 염기서열정보를 확보(www.gramene.org)하여 PCR 증폭에 문제가 없도록 forward와 reverse 프라이머를 50bp 내외에서 좌우로 시킴으로써 150개 품종의 PCR 단편의 길이가 인위적으로 200~340bp 범위에 나타나도록 프라이머 설계를 수행하고 있다.
- 설계된 프라이머의 PCR 증폭효율을 평가한 후, 각각 마커에 대해 2개 또는 4개 마커를 동시에 증폭할 수 있는 multi-plex PCR 조건에 대한 추가적인 실험을 수행하여 최대의 효율을 갖도록 설계할 것이다.
- 선발된 8개의 마커를 사용하여 총 2개의 Marker set를 구성하고, UPGMA tree 작성을 통해 판별 정도를 평가하였다.
- 8개의 마커 set을 사용하여 최종적으로 14개의 벼 품종을 제외한 138(91%)의 품종을 판별 하였다. 추후 국내 품종들을 판별할 수 있는 마커 set․kit 등 품종인증 및 고급브랜드 개발을 위한 육종 소재로 사용 가능할 것이다.
○ MAS를 이용한 벼의 내재해성 특성평가
- Anaerobic stress에 대한 관련 SSR 마커(RM24161, RM3769)들의 166점에 대한 genotyping을 분석하였다. RM24161에서는 18개의 특이적 variation이 발견 됐으며, RM3769에서는 2개의 target 증폭 사이즈보다 30bp 큰 amplicon과 5개 20bp 작은 amplicon들이 확인되었다.
- K46-1는 nutritional uptake 및 early vigor에 관련된 allele specific 마커로서 166 도입자원에 genotyping시 8개의 amplicon이 마커 유래품종인 kasalath와 같은 패턴을보였으며, 35개에서 non-amplicon, 2개의 double band 특성을 보였다.
- 벼에서 알려진 전체 4개의 drought tolerance 관련된 각각의 QTL에 인접한 2개의 SSR 마커들이 도입자원들에 대해 screening 되었다.
- qDTY22에 인접된 RM236, RM279에서는 각각 2개의 10bp deletion 된 amplicon들이 발견 되었고, 8개의 10bp insertion pattern이 RM279에서 발견되었다. qDTY4.1에는 RM335, RM518에서는 40개의 absence pattern이 166점의 도입자원에서 확인되었으며, 80개의 약 80bp 큰 variation이 RM335 마커 이용 시 탐색되었다. qDTY12.1에 대해서는 RM28048과 RM28199가 사용되었으며, 6개의 small amplicon 20개의 large amplicon이 각각의 마커에서 standard size와 다르게 탐색되었다. qDTY3.1의 RM520, RM16030의 genotype 확인 시 각각 9개, 25개의 large size amplicon이 발견 되었다.
○ 발아능력 개선 및 유용자원 선발을 위하여 3년차부터 진행한 혐기성 발아 특성평가에 이어 금년도에는 침수저항성 검정시험을 도입종과 육성종을 대상으로 수행하였다.
- 벼의 침수저항성 검정 결과 중에 벼가 물에 잠기지 않도록 Elongation 타입으로 보이는 자원들 중에서 10품종들을 선발하였고, 대부분이 Japonica 타입으로 확인할 수 있었다.
- 벼가 물에 장기간 침수될 경우에도 오랜 시간 생존할 수 있는 있는 Quiescence 타입의 특성을 보이는 자원들로는 총 7점을 선발하였고, Elongation 타입과는 다르게 Indica 타입의 품종들이 대부분인 것을 확인할 수 있었다.
- 최근 국내외적으로 기후변화대응 여러 형질의 내재해성 특성평가를 연구하고 있는데,본 연구에서는 그 중 벼의 침수저항성에 관련된 Elongation 특성 10점과 Quiescence 특성 7점을 각각 선발하였고, 이를 이용하여 여교배 육종 및 관련 형질 유전자 평가를 수행하였다.
마. 지역연계 브랜드 제품개발
(1) 참여기업과 연계하여 지역연계 브랜드 제품개발
○ 진상벼 시제품 제작 및 사업화
- 동 진상벼에 대해 면천농협, 해풍영농조합, 경성미가, 수라청농협, 팔탄농협, 여주마을정미소에서 대량 생산하여 상품화를 추진하였다. 2015년 기준 생산물 2,200t에 대한 제품화를 통해 매출 기준 44억원 내외의 사업화를 성공적으로 추진하였다.
- 동 생산물은 4kg, 5kg, 10kg 등 대형마트용과 백화점용으로 제품화하였고, 각 생산물은 지역 가공업체 및 지역자치단체 등과 연계하여 ‘당진 해나루’, ‘수라청’ 등 브랜드화를 통해 농협 하나로마트, 이마트, 롯데마트 등을 통해 판매를 추진하였고, 고급화 전략으로 소량 즉석 현미 등의 형태로 신세계 백화점 등에서 판매를 추진하였다.
- 또한 마케팅 확대를 위해 온라인 판매를 추진하여 인터넷 이마트몰 등에 동시에 판매추진하였다.
- 차년도 생산확대를 위해 현재 육성 중인 고세대 계통 등에 대한 평가를 위해 생산자단체들과의 원종포장 견학 및 계통 및 품종 평가회를 통해 일부 육성 계통에 대해 차년도 면천농협뿐만 아니라 여주, 이천, 수원 지역 등에서도 시범재배를 추진할 계획이다.
- 또한 본 과제를 통해 육성 중인 중간찰벼 등 기능성 벼 품종에 대한 해외시장 진출을 위해 중국 현지를 방문, 시장조사를 수행하였다.
- 중국 난징 수도연구소에서 육성된 남경 46호(2005년)는 2008년 보급을 시작하여 3년만에 80만 ha에 재배되는 신품종으로 해외에서도 중간찰벼에 대한 소비자 선호도가 매우 높은 것을 확인하였다.
○ 참여기업별 진상벼 수확 전경 및 사업화실적 현황 (2014년)
- 과제 참여기업들의 진상미 제품생산을 통해 2015년 기준 매출액이 전년도 대비15~20% 비율로 증가추세를 보였다.
- 중간찰벼인 “진상”의 시제품은 높은 수매단가에도 불구하고 전년도에 이어 재배면적의 증가 추세를 보이고 있고, 금년도부터 CJ제일제당에서 진상벼를 이용한 즉석밥(햇반) 시험재배를 추진하였다.
○ 진상벼 홍보 및 사업확대
- 금년도 생산확대를 위해 현재 육성 중인 고세대 계통 등에 대한 평가를 위해 생산자단체들과의 원종포장 견학 및 계통 및 품종 평가회를 통해 일부 육성 계통에 대해 면천농협뿐만 아니라 여주, 이천, 수원 지역 등에서도 시범재배를 추진하였다.
- 참여기업인 면천농협미곡종합처리장, 해풍영농조합 및 경성미가 그리고 2012년에 새로 추가된 수라청 농협을 포함해서 작년과 마찬가지로 지역 농가와 계약재배를 통해 2013년 총 2,300t에 대한 시제품 제작 및 생산량을 보여 사업화 성공을 추진하였다.
- 2009∼2013년까지 국내 유통되고 있는 주요품종인 추청, 주남, 동진1호, 남평, 일미, 운광의 재배면적은 매년 지속적으로 소폭 감소 추세를 보이고 있으나, 2012년부터 유통된 진상벼는 계약재배로서 다른 품종에 비하여 증가 추세를 보임. 비록 주요품종의 생산량과의 비교는 다소 부족하지만 재배면적의 증가추세 및 증가율, 타 품종비례 5∼10% 높은 수매단가에도 불구하고 저아밀로스, 고단백질함량, 높은 식미 특성 등 고기능성으로 인해 수요에 따른 생산량의 증가가 지속적으로 요구되고 있다.
- 진상벼는 기존의 추청 및 고시히까리 품종을 대체할 수 있는 품종으로써, 기존 품종(추청, 고시히까리) 보다 약 6억9천만원의 농가소득 증대효과를 이룰 수 있다, 이처럼 진상벼의 지역브랜드화는 지역농가 소득 증대 및 지역경제 활성화에 기여할 수 있을것이다.
○ ‘진상 2호’ 육성
- "진상 2호"는 내도복 다수성인 주남벼를 모본으로 하고 동진찰/밀키퀸(Milky Queen)교배후대 저아밀로스 계통을 부본으로 교배하여 F₁종자를 얻은 후, 육종기간을 단축하기 위해 F₂부터 1개체 1계통법으로 F₅세대까지 전개하고, 이후 생육, 수량성, 도복저항성 등을 검토하여 육종목표에 부합하는 우량 계통인 JS6-B-52-8-3-5-1을 선발하여 HJ-6로 계통명을 부여하고, 농가의 실증시험에서도 균일성, 재배안정성, 미질의 양질성, 다수성, 내도복성의 우수성이 인정되었다.
- 2개의 SSR마커(RM21, RM48)를 이용할 경우 현재 육성되어 있는 주요 중간찰벼 특성을 갖는 월백, 중생골드, 백진주 1, 백진주, 진상벼와 구분이 가능하고, 모본으로 사용된 주남벼와 동진찰벼의 대립유전자 특성이 '진상 2호'로 전달되었음을 알 수 있다.즉 SSR마커 RM21, RM48의 2개 마커를 이용할 경우 벼 신품종 '진상 2호'는 유통중간찰벼와 구분이 가능하고, 또한 RM21에서 주남벼의 단편을, RM48에서는 동진찰의 단편을 보여 모본 및 부본의 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
○ 예농 1, 2호 사업화를 위한 시제품 제작을 위한 준비
- 2012년에는 예산과 수원에 있는 증식포장 외에 충북 괴산의 흙살림에서 친환경 유기농업 기술을 이용한 예농 1, 2호의 지역재배적성, 생산력 검정 시험 등의 친환경재배를 수행하여 예농 1호와 2호 각각 특허출원을 하였고, 2014년에는 품종보호출원을 신청하였다. 2015년부터는 시제품 제작을 위한 유기농 재배를 수행 하였으며, 2016년도부터는 현재 연계기업으로 과제에 참여중인 (주)경성미가, 면천농협미곡종합처리장, 해풍영농조합법인 등의 유통회사를 포함한 생산자, 소비자, 유통상인 종합평가를 수행할 계획이다.
○ 우수계통의 시장성 평가 및 상품화 추진
- 품종전시회
• 2014년 3월19일부터 3월26일까지 서울 KBS본관에서 개최한 “2014 국내육성 신품종대전”에 본 과제를 통해 개발된 저아밀로스 양질미 “예농1호”와 거대배아미 “예농2호”를 전시하여 벼 신품종 홍보를 수행하였다.
- “예농1호”의 시제품 제작 및 상품화
• 2년차를 시작으로 충북 괴산의 흙살림에서 유기농 재배 및 지역재배적성, 생산력 시험 등을 수행한 “예농1호”는 흙살림에서 시제품으로 제작하여 현재 온라인 판매를 추진 중에 있다.
- “예농2호”의 시제품 제작을 위한 시범재배
• 충남 서산에 위치한 농업회사법인 ㈜새들만에서 “예농2호” 시제품 제작 및 상품화를 위해, 현재 시범재배 중이다.
4. 고품질, 고 기능성 벼 특허출원 및 품종등록(2건)
가. 돌연변이 여교배 후대 선발계통의 품질평가 및 기능성성분 분석
(1) 중대립 저아밀로스 양질미 ‘예농 1호’의 육성
○ ‘예농 1’의 기본농업형질 및 종실특성은 신품종 ‘예농 1호’의 식물체 크기가 원품종인 신동진벼에 비해 평균 8.5 cm 정도 작은 특성으로 내도복성 및 수량성이 향상되었고, 이삭의 길이가 22.0mm로 조사되었고, 현미 천립중이 25.3g 수준으로 원품종의 27.73g에 비해 다소 감소한 특성을 보였으나 종자의 무게가 다소 무거운 중대립에 속하였다.
○ 육성된 ‘예농 1호’는 현미 종자의 길이가 5.59mm, 폭이 2.93mm, 두께가 1.96mm로 나타나 종자의 크기가 다소 큰 편에 속하였다. 또한 신품종 ‘예농 1호’는 장폭비가 1.89로 원품종의 1.95와 비슷한 중원형의 특성을 보였다.
○ ‘예농 1호’의 종실 이화학적 특성을 보면, 신동진벼는 18.87%로 양식미의 기준에 대체로 포함되었고, ‘예농 1호’는 8.76%의 아밀로스 함량을 보여 전형적인 저아밀로스 특성을 보였다. 쌀 전분특성과 관계가 깊은 알칼리 붕괴도는 수분흡수 및 밥의 퍼짐성에 밀접한 관계(Bhattacharya, 1979)가 있다고 하였는데, ‘예농 1호’는 5.9 으로 신동진 벼와 비슷한 경향을 보였다.
○ 쌀가루 전분을 충분히 호화(일정 온도 이상으로 가열하면 결정성을 상실하여 전분입자가 혼합된 유동액으로 변하는 현상)한 후, 상온에서 냉각 시 탄성을 가진 겔을 형성하게 되며 시간이 지나면 전분의 재결정화를 측정한 호응집성 평가 결과에서도 신동진 벼는 5.93cm를 나타났으나 ‘예농 1호’는 이보다 높은 7.48cm로 매우 soft한 호화특성을 보였다. 한국 사람들이 주식으로 하는 자포니카 형의 육성종에서 비슷한 아밀로스 함량과 알칼리 붕괴도를 가진 품종들 중에서는 soft 특성일수록 밥맛이 좋은 것으로 알려져 있다(김광호 등 1990). 미립의 구성성분에서 전분다음으로 많이 함유된 단백질은 신동진 벼에서는 7.9%의 현미 단백질함량을 나타냈으며 ‘예농 1호’에서는 6.8%로 낮은 수준으로 조사되었다.
○ 우리나라에서 재배되고 있는 일반계 품종 중에서 밥의 윤기와 식미총평에서 양호한 품종들은 호화온도가 낮고 최고점도와 최종점도가 높다고 하였는데(Choi, 2002b), ‘예농 1호’의 호화온도는 68.3℃로 신동진과 비슷하였으나, 최고점도는 218.7로 신동진벼보다 높게 나타났으나, 최종점도는 41.3로 낮은 경향을 보였다. 호화중의 열 전단(shear)에 대한 저항성을 나타내는 강하점도는 ‘예농 1호’에서 변이모본보다 높은 경향을 보였고, 전분의 노화경향을 반영하는 치반점도는 모본보다 낮은 경향을 보이면서 노화가 느리게 진행되는 일반적인 미반특성과 일치하였다. Choi et al.(2006)은 amylogram 특성에서 강하점도가 높고 치반점도가 낮으면 식미가 양호한 것으로 보고 하였는데, 중간찰 특성의 ‘예농 1호’는 신동진과 비교하여 매우 우수한 양식미적 특성을 보였으며 차후 중간모본으로써 적극적인 검토가 있어야할 것으로 생각된다.
○ ‘예농 1호’의 기능성 성분 특성은 α-tocopherol과 γ-tocopherol에서 신동진 벼는 0.03㎎/g, 0.04㎎/g로 나타났으며, 예농 1호는 전체 토코페롤 함량에서도 신동진 벼와 비슷한 수준을 보였다.
○ ‘예농 1호‘는 신동진 벼에 비해 fructose, glucose, sucrose 등 전 유리당 함량이 1.15배정도로 나타났고, 신동진 벼에 비해 상대적으로 glucose의 비중이 감소되었고, sucrose의 비중이 증가된 것으로 나타났다.
○ 쌀 지질은 대부분 중성지질로써 glycerol에 oleic acid(C_18:1), linoleic acid(C_18:2) 등의 각종 고급지방산 3개가 에스테르 결합한 triglyceride 형태이며, 미립의 지방산 조성은 linoleic acid 50%, oleic acid 25~30%로 대부분 불포화 지방산으로 구성되어 있으며,또한 포화 지방산인 palmitic acid(C₁₆), stearic acid(C₁₈) 등이 소량 분포되어 있다(Godber & Juliano, 2003; Lee, 1987; Choudhury & Juliano, 1980; Fujino, 1978). 한편 미립내의 신선한 지질은 호화 시에 아밀로스와 함께 전분 내에서 용출되어 부드러운 촉감과 질감을 주는 양식미의 요건이고, 뿐만 아니라 양질의 oleic acid, linoleic acid, linolenic acid 등의 불포화 지방산은 혈중 콜레스테롤의 상승을 억제하는 것으로 알려져 있다(Choudhury & Juliano, 1980; Juliano, 1985b).
○ 신동진 벼와 ‘예농 1호’의 지방산 분포비중은 linoleic acid > oleic acid > palmitic acid > stearic acid > linolenic acid 순으로 분포하였으며, 전체적으로 ‘예농 1호’가신동진 벼의 1.3배 수준으로 높게 나타났다.
○ ‘예농 1호’는 변이모본인 신동진벼와 비슷한 다수계 중대립 종자 특성을 가지고 있으나, 아밀로스함량이 신동진 벼의 18%에 보다 낮은 8.9% 수준으로 나타났고, 알칼리붕괴도 등에서 호화가 잘 되는 특성을 보였으며, 신속점도 분석결과 변이모본인 신동진 벼에 비해 강하점도가 높고, 치반점도가 낮은 양질미의 특성을 보이는 것으로 밝혀졌다. 따라서 ‘예농 1호’는 추후 양질의 고급 쌀로서의 그 활용이 적극적으로 검토될 필요가 있는 것으로 판단된다. 기타 저장단백질, 생리활성물질인 토코페롤, 유리당 및 지방산은 변이모본과 비슷한 수준인 것으로 나타났다.
(2) 중대립 거대배아미 ‘예농 2호’의 육성
○ ‘예농 2호’의 기본농업형질 및 종실특성은 ‘예농 2호’와 변이모본인 신동진벼의 주요 농업형질을 비교하였다.
○ 신품종 ‘예농 2호’의 식물체 크기가 원품종인 신동진벼에 비해 8.4cm 정도 작은 특성으로 내도복성이 향상되었고, 현미천립중은 감소하였다.
○ 신품종 ‘예농 2호’는 현미 종자의 길이가 5.68mm, 폭이 3.07mm, 두께가 1.99mm로 나타났다. 또한 신품종 ‘예농 2호’는 장폭비가 1.85로 원품종의 1.95에서 다소 감소한 중원형의 특성을 보였는데, 이는 원품종에 비해 현미종자의 길이와 폭이 각각 93.9%, 97.4% 수준으로 길이의 감소가 폭의 감소 보다 다소 크기 때문인 것으로 나타났다.‘예농 2호’의 현미종자 폭은 원품종의 92.3% 수준으로 현미종자 길이의 감소와 함께 현미 1,000립중 감소의 원인인 것으로 판단된다.
○ ‘예농 2호’의 이화학적 특성을 보면, 신동진벼와 예농 2호는 각각 18.87%, 20.3%로 양식미의 기준에 대체로 포함되었고, 신동진 벼는 붕괴정도가 6으로 나타난 반면 ‘예농2호’는 4.6 정도로 대체로 낮은 퍼짐정도를 보였으며, 쌀가루 전분을 충분히 호화(일정 온도 이상으로 가열하면 결정성을 상실하여 전분입자가 혼합된 유동액으로 변하는 현상)한 후, 상온에서 냉각 시 탄성을 가진 겔을 형성하게 되며 시간이 지나면 전분의 재결정화를 측정한 호응집성 평가에서 신동진 벼는 5.9cm를 나타났으나 ‘예농 2호’는 이와 비슷한 6.2cm로 나타났다. 단백질 함량은 신동진 벼에서는 7.9%의 현미 단백질 함량을 나타냈으며 ‘예농 2호’에서는 8.3%로 비슷한 수준으로 나타났다.
○ ‘예농 2호’는 호화온도는 68.1℃로 신동진과 비슷하였으나, 최고점도, 최종점도가 각각 202.8, 187.6로 신동진벼 보다 높게 나타났고, 최저점도 또한 85.0로 신동진 벼에 비해 높게 나타났다. 그 외 강하점도, 치반점도, 응집점도 등은 비슷하게 나타났다.
○ ‘예농 2호’의 기능성 성분 특성을 보면, α-tocopherol과 γ-tocopherol에서 신동진 벼는 0.03㎎/g, 0.04㎎/g, 전체 토코페롤 함량은 0.13㎎/g으로 나타났는데, 예농 2호는 α-tocopherol이 2.5배 높은 함량을 보였고, 전체 토코페롤 함량에서도 신동진 벼의 2배정도로 나타났다. 미립의 저장토코페롤은 항산화 효과에 있어 α＜β＜γ＜δ의 순서로 알려져 있으며(Niki et al., 1986), 온도와 기질의 종류에 따른 조건에서 γ-, δ-tocopherol은 α-tocopherol에 비하여 우수한 항산화성이 있다고 하였는데(Koskas et al., 1984;Ikeda & Fukuzumi, 1977), 예농 2호의 δ-tocopherol은 신동진 벼의 6.5배 수준으로 나타났다. 따라서 차후 예농 2호의 기능성적 연구가 더욱 검토되어야할 것으로 생각된다.한편 미국과 일본 등지에서는 ‘MaxLife Rice Tocotrienols', 'NutriRice' 등 미강 중 토코페롤과 토코트리에놀을 활용한 수십 종의 다양한 건강보조식품 및 화장품까지 개발시판되고 있으며, 쌀이 주곡작물인 우리나라에도 한 가지 종류의 완제품이 수입되어 판매되고 있다. 따라서 차후에 다양한 기능성 식품으로 활용 가능할 것으로 생각된다.
○ 현미의 유리당 함량 분석결과, ‘예농 2호‘는 신동진 벼에 비해 fructose, glucose, sucrose 등 전체 유리당 함량이 1.5배 정도로 나타났고, 신동진 벼에 비해 상대적으로 glucose의 비중이 감소되었고, sucrose의 비중이 증가된 것으로 나타났다.
○ 현미의 지방산 분석은 신동진 벼와 ‘예농 2호’의 모두 지방산 분포비중은 linoleic acid> oleic acid > palmitic acid > stearic acid > linolenic acid 순으로 분포하였으며, 특히 ‘예농 2호’에 함유된 불포화 지방산인 linoleic acid, oleic acid, linolenic acid는 신동진 벼보다 2.8~4.1 배 많았고, palmitic acid, stearic acid는 4.6~5.25배 정도 높은 함량을 나타냈다.
○ ‘예농 2호’의 단백질 함량은 신동진 벼 보다 다소 높은 경향을 보였고 생리활성물질의 토코페롤에서도 2배 이상 많이 함유하고 있으며 불포화지방산이 모본보다 약 3배로 다량 함유한 것으로 밝혀졌다. 따라서 ‘예농 2호’는 추후 유용한 기능성 쌀로써의 그 활용이 적극적으로 검토될 필요가 있는 것으로 판단된다.

Abstract ▼

Selection and screening for beneficial genetic resources including high quality and high level functionality from rice germplasm: In the results of evaluation for essential agricultural characters, Jinbuol Byeo, Odae Byeo and Jopyeong with very early flowering, high quality and multiple disease resi

Selection and screening for beneficial genetic resources including high quality and high level functionality from rice germplasm: In the results of evaluation for essential agricultural characters, Jinbuol Byeo, Odae Byeo and Jopyeong with very early flowering, high quality and multiple disease resistant lines were selected from the 260 domestic breeding accessions. Liman Belozernij and AKAGE with very early flowering were selected by the assessment of flowering timing from 130 of introduced accessions. ATSUTA GAISEN and BARABARA MOCHI as intermediate parent for crossing with semi-dwarf and long stem length lines were selected by evaluation of flowering timing, stem length, thousand grain weight and amylose contents from Kuju germplasm in Japan. Evaluation of grain quality and functional property from rice germplasm: Hanyangjo with high level of palmitic acid and Chigyeongdo with high level of linoleic acid were selected by analysis of lipid contents from landrace. Evaluation of disease resistance and abiotic stress tolerance:Mimyeon, Cheongdam, Sinunbong Byeo, Heugjinju Byeo, Munjang Byeo and Dongjin Chal Byeo were classified as resistant line. Dongjin Byeo which is susceptible to rice blast was susceptible to KI197 pathogen but high resistant to KJ 401 pathogen. Introducing new variations through artificial breeding: Crossings between lines with early flowering, encouraged breedings, Pocareri with salt tolerance, blast resistant landraces and landraces with high contents of Plamitic acid had been conducted to give the breedings enhanced agricultural property as well as dull, waxy, giant embryo, early flowering, salt tolerance and blast resistance. Abroad intermediate lines were used to introduce waxy genes. Pedigree cultures and inbreedings were also carried out. Provoking genetic mutations to elite lines to enhance characteristics: Genetic mutations to encouraged breeding Hopum and Hanareum2, Junam Byeo, Chinnong and Hongjinju were provoked and selected in field to improve yield ability and health functional ingredient. Evaluation of characteristics of mutation pedigree: BC₁F₃ was fostered by backcrossing of lines with chalky kernel, giant embryo and hazy seed from Shindongjin Byeo mutants. In the result of field experiment, BC₁F₃-128 was of long ear. Pedigrees of hazy seed and giant embryo were stable through repeated experiments, and were applied for a patent and protect after production performance test. RVA characteristic test of mutant line: RVA characteristic tests were conducted with embryonic mutants of Shindongjin Byeo. Production performance test were conducted with superb lines of various special lines, high quality lines and high functional lines. Genetic analysis of disease resistant and abiotic stress tolerance traits: Genome-wide association studies and haplotype analysis for disease resistant and abiotic stress tolerance traits were conducted from rice germplasm. In the results, 34 accessions showed particular response to Pi-ta marker and 15 accessions showed particular response to Pi-9 marker. In the introduced lines, 93 and 195 haplotypes were observed for each of Pi-b and Pi-9 marker. Four candidate genes for NBS-LRR were identified. Total 26 haplotypes and 128 polymorphic loci were observed for Lox 1, Lox 2 and Lox 3 genes related with seed longevity. In the results of haplotype analysis for anaerobic germination relative genes, 46 for Sub1, 18 for Sub2 and 19 for Ramdy3D variations were identified. Total 27 haplotypes for OsVP1, 29 for Osaba1, 6 for Alpha-amylase 3D and 14 for OsGA20ox1 variations were showed. Assessment of culture area adaptability: Test for culture area adaptability on low amylose content ‘Jinsang’ showed that ‘Jinsang’ had 515.3kg/10a and was susceptible to lodging and disease resistance. Finally patent application for ‘Jinsang’ was completed. Also, Two of cultivar registrations, 2 of reporting import, production and sales and 2 of application for protection processes were completed for ‘Yenong1’ originated from superb mutant and of semi-large seed and of low amylose content and ‘Yenong2’ with giant embryo. Development of discrimination system for valuable branding: Total 30 SSR markers were selected for discrimination of varieties and tested to 150 varieties, 8 marker set compatible with multi-plex PCR showing 91% accuracy were established finally. Also, SSR markers for anaerobic stress, K46-1 allele specific markers for nutritional uptake and early vigor were introduced, and the results of test using the marker showed 25 polymorphisms for anaerobic stress and 43 polymorphisms for nutritional uptake and early vigor in 166 introduced varieties. Development of new brand for linked regions: Myeoncheon Nong Hyup Rice Processing Complex and KYUNGSUNG MIGA landed launching of the brand of ‘Jinsang’ as well as large quantity production. Myeoncheon Nong Hyup Rice Processing Complex, HEPUNG farming/agricultural association corporation, KYUNGSUNG MIGA, Suracheong Nong Hyup, Paltan Nong Hyup and Yeojumiga worked with together and leaded successful commercialization with 4.4 billion of sales from 2,200ton of products in 2015. The sales were increasing 15-20% per year by 2015. CJ prosecuted test cultivation for instant rice with ‘Jinsang’. HEUKSALIM took charge of launching the brand of ‘Yenong1’ and ‘Yenong2’ and conducted test cultivation with environmentally friendly production technics, and finally competed the application patent and protection for the varieties by 2014. ‘Yenong1’ and ‘Yenong2’ were displayed at ‘2014 Korea New Cultivars a State Ceremony’ hosted by KBS. HEUKSALIM is now prosecuted online sale for ‘Yenong1’. ‘Yenong2’ is on the test cultivation with SAEDLEMAN to build a prototype and branding. Application patent and registration variety for the rice with high quality and high functional property: The characteristics of ‘Yenong1’ were high yield and medium large grain, low amylose content, well gelatinization, high breakdown and low setback indicating good quality. The characteristics of ‘Yenong2’ were high level in linoleic acid, oleic acid, linolenic acid, palmitic acid, stearic acid. Especially, ‘Yenong2’ had high content of various bioactive substances such as tocopherols and unsaturated fatty acid.