초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구과제는 1) 밀 종실의 등숙 발달 과정의 대량 전사체를 분석하여 수발아 및 휴면기작을 연구하는 것이며 또한 2) 국내 밀 품종에 대한 수발아 및 휴면성 검정을 통한 국내 수발아 저항성 밀 품종 개발을 위한 분자 육종 연구를 목적으로 한다.
이를 위하여
• 수발아 감수성 품종이 금강밀과 저항성 품종인 우리밀의 수발아 및 호르몬 처리 샘플의 RNAseq 분석
• 유용 유전자를 발굴하여 발현양상 검정 및 형질전환체 분석을 실시
• 교잡육종을 통한 수발아 저항성 계통을 증식

연구의 목적 및 내용
본 연구과제는 1) 밀 종실의 등숙 발달 과정의 대량 전사체를 분석하여 수발아 및 휴면기작을 연구하는 것이며 또한 2) 국내 밀 품종에 대한 수발아 및 휴면성 검정을 통한 국내 수발아 저항성 밀 품종 개발을 위한 분자 육종 연구를 목적으로 한다.
이를 위하여
• 수발아 감수성 품종이 금강밀과 저항성 품종인 우리밀의 수발아 및 호르몬 처리 샘플의 RNAseq 분석
• 유용 유전자를 발굴하여 발현양상 검정 및 형질전환체 분석을 실시
• 교잡육종을 통한 수발아 저항성 계통을 증식

연구결과
• 국내 밀 33개 품종에 대하여 각 품종별로 발아지수 (GI)는 0.01~2.41로 나타났으며, 수발아율은 1.33%~87.44%로 분석
• 금강밀과 우리밀에 대하여 각각 104,542개와 98,607개의 유전자 대표서열을 확보
• 대량전사체 분석을 통하여 DEG 10,200개를 확보 및 금강/우리에 대한 수발아와 ABA처리에 대하여 up/down-regulation 전사체 발현 양상을 검정
• 수발아 관련 식물호르몬 생합성 및 신호전달에 관련된 유전자들을 선발하여 약 700개의 유전자 확인. 8 종류의 식물호르몬(ABA, SA, GA, IAA, cytokinin, ethylene, brassinosteroid 및 JA)에 대하여 생합성 관련 유전자 약 340개, 신호전달 관련 유전자 약 360개에 대한 분석을 수행
• 온실에서의 세대촉진과 수발아 저항성 계통 선발을 통하여 F₃ 416 계통/F₄ 76계통을 선발하였으며, 현재 포장 선발을 위하여 F₅ 68 계통을 육성
• TaGAST1, TaCypA1, TaVDAC에 대해 모델 식물 Brachypodium의 형질전환체를 개발
• TaGAST1는 종자 발아와 종실 발달 시기에 따라 GA에 대하여 positive regulator와 negative regulator의 dual function의 기능

연구결과의 활용계획
• 수발아 및 종자 휴면 관련 유전체 연구를 통해 발굴한 유용 유전자는 국내 밀 품종에 대한 수발아 저항성 분자 마커 개발이 가능하며 다수성 및 수분재해저항성 품종 육성에 적극 활용될 것이다.
• 최근 들어 유전자 지도 및 유전자 네트워크 정보의 발달에 발맞추어 본 연구는 밀 품종육성을 촉진하는 중요한 분자 육종학적 기술로 자리매김할 것으로 예상되며 또한 본 연구를 통하여 직접적인 밀의 품질과 연관되는 등숙기 및 후숙 단계에서 주동적으로 작동하는 유전자(군)을 발굴 할 수 있었으며, 이를 바탕으로 후속 연구로서 금강밀 돌연변이 연구와 수발아 및 휴면 관련 호르몬 연구를 통하여 국내의 밀 등숙에 관한 분자 육종연구의 수준을 한 단계 끌어 올릴 수 있는 중요한 연구가 될 것이다.
• 본 연구과제를 통하여 수행된 수발아 관련 전사체 분석은 추가적인 분석을 통하여 금강 밀을 바탕으로 한 수발아 및 휴면에 대한 유전자의 발현 메커니즘 분석에 크게 도움이 될 것으로 사료된다.
• 금강/우리밀 교배 집단 F₅ 계통은 추가적인 연구를 통하여 세대 증진과 포장 수준에서의 강선발을 통하여 수발아 저항성을 갖는 elite 집단 개발이 가능할 것으로 사료된다.
• 밀의 수발아 시기의 호르몬 연구는 본 연구가 국내 유일한 연구 내용이며 이를 통하여 밀의 수발아에 대한 새로운 유전자 메커니즘과 육종 방향을 제시할 가능성이 있으며 후속 연구를 통하여 수발아 및 휴면 관련 key candidate gene에 대한 동정이 가능할 것이다.

( 출처 : 한글요약문 4p )

Abstract ▼

Purpose&contents
○ Molecular breeding study of pre-harvest sprouting and seed dormancy in Korean wheat
• Securing transcripts from grain development stages in Korean wheat
• Selection of specific transcripts involved pre-harvest sprouting and seed dormancy pathway between resistance and s

Purpose&contents
○ Molecular breeding study of pre-harvest sprouting and seed dormancy in Korean wheat
• Securing transcripts from grain development stages in Korean wheat
• Selection of specific transcripts involved pre-harvest sprouting and seed dormancy pathway between resistance and susceptible Korean wheat cultivar
• Isolation and analysis of useful genes involved in pre-harvest sprouting and dormancy development and promotion of transgenic plants

Result
• The germination index (GI) of the 33 wheat cultivars was 0.01 ~ 2.41 and the germination rate was 1.33 ~ 87.44%.
• A total of 104,542 and 98,607 genes were identified as representative sequences for Keumkang and Woori, respectively.
• Analysis of transcriptomes showed that 10,200 DEG, and up/down-regulation expression patterns were determined for PHS or ABA treatment
• We identified approximately 700 genes by RNAseq involved in plant hormone biosynthesis and signal transduction. related to sow buds. Additionally, we identified 340 synthesis related genes and 360 signal pathway related genes for 8 kinds of plant hormones (ABA, SA, GA, IAA, cytokinin, ethylene, brassinosteroid 및 JA).
• A total of 68 F₅ cross lines were developed for PHS resistant wheat lines
• Generation of transgenic Brachypodium plants harboring useful genes which were related PHS (TaGAST1, TaCypA1, TaVDAC).
• TaGAST1 might be a positive regulator of GA during the spike development stage but a negative regulator of GA in the early germination and seedling stages.

Expected Contribution
• The useful genes identified through RNAseq analysis related to PHS and seed dormancy may be able to develop molecular markers resistant to wheat in domestic wheat varieties for water stress tolerant cultivar development.
• The F₅ line population of the Keumkang/Woori can be further developed through the elaboration of generations and elucidation for the development of elite line.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 39
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 48
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 50
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 51
• 8. 참고문헌 ... 52
• 9. 연구성과 ... 54
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 54
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 54
• 12. 기타사항 ... 54
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 55
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 68
• 끝페이지 ... 70