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ISSN : 0250-3360(Print)
ISSN : 2287-5174(Online)
Korean Journal of Breeding Science Vol.49 No.3 pp.280-284
DOI : https://doi.org/10.9787/KJBS.2017.49.3.280

A New High-yielding Rice Variety developed from an Interspecific cross, ‘Hwaweon 6’

Ju-Won Kang1,4, Dong-Min Kim1,5, Yeo-Tae Yun2, Hyun-Sook Lee1, In-Kyu Park3, Sang-Nag Ahn1*
1Dept. of Agronomy, College of Agri. & Life Sci.,Chungnam National Univ., Daejeon 34134
2Chungcheongnamdo Agricultural Research and Extension Services, Yesan 340-861, Korea
3K-Herb Research Center, Korea Institute of Oriental Medicine, Daejeon 34054, Korea
4Dept. of Southern Area Crop Sci., Nat’l Institute of Crop Sci., Milyang 50424, Korea 5Korea Seed & Variety Service, Gimcheon, Korea
5Korea Seed & Variety Service, Gimcheon, Korea
Corresponding Author (ahnsn@cnu.ac.kr, +82-42-821-5728, +82-42-822-2631)
20170610 20170711

Abstract

‘Hwaweon 6’ was developed from a cross between ‘Hwaseongbyeo’ and a wild species, Oryza minuta L. (Acc. No. 101154) based on marker-assisted selection and backcrossing. The recurrent parent ‘Hwaseongbyeo’ is a high grain quality cultivar with medium maturity. Hwaweon 6 is nearly isogenic to Hwaseongbyeo except a small O. minuta introgressed segment on chromosome 7 harboring genes related with spikelets per panicle. The preliminary and replicated yield trial was conducted at Chungnam National University and Chungcheongnamdo Agricultural Research & Extension (CARES), Yesan in 2009 and 2010. The local adaptability test was carried out by the National Seed Management Office (NSMO) in 2011 and 2012. This cultivar was registered to NSMO with a cultivar designated as Hwaweon 6. This cultivar averaged 80cm in culm length and has a medium growth duration. Milled rice of Hwaweon 6 is translucent and the grain quality traits are comparable to those of the recurrent parent. The average yield potential of Hwaweon 6 in grain was about 6.57 MT/ha at the ordinary fertilizer level for two years about 3.0% higher than that of Hwaseongbyeo due to an introgression of the quantitative trait locus (QTL) for spikelets per panicle (qSPP7) from O. minuta. This variety is comparable to Hwaseongbyeo in low temperature germinability and cold tolerance. The qSPP7 QTL would be useful in enhancing yield potential in rice breeding program.


벼 중생 다수성 중간모본 ‘화원6호’

강 주원1,4, 김 동민1,5, 윤 여태2, 이 현숙1, 박 인규3, 안 상낙1*
1충남대학교 농업생명과학대학
2충청남도 예산군 충청남도농업기술원
3대전시 유성구 한의학연구원
4국립식량과학원 남부작물부
5김천시 국립종자원

초록


    Chungnam National University

    서 언

    벼 속에는 20여 개의 야생종과 2개의 재배종인 Oryza sativaO. glaberrima가 속해 있는데(Vaughan et al. 2003), O. sativa는 전세계적으로 재배되는 반면 O. glaberrima는 서아프리카에 국 한적으로 재배되고 있다(Khush 1997). 최근 DNA 표지를 이용, 재배종인 O. sativa의 유전적 배경에 내재해성 등 야생벼의 유용 유전자를 이입하는 연구가 진행되고 있다(Sanchez et al. 2014). 야생벼의 유용유전자를 재배벼로 도입할 경우 발생하는 대표적 인 문제는 재배벼는 2배체인 AA genome의 변이체들인데 비해 야생종에서는 AA 게놈 변이체를 위시하여 BB, CC, DD, EE 및 FF 게놈의 2배체와 이들이 조합된 이질 4배체가 많으므로 재배벼와의 교잡종 생산이 어려운 점이다. 그러나 BB 게놈과 CC 게놈은 재배벼의 AA 게놈과 부분적인 동질성을 나타내므로 배배양 기술을 활용하여 잡종 후대를 얻을 수 있게 되었고 연속적 인 여교잡으로 야생벼의 유용형질을 재배벼로 이전시킬 수 있는 것이 가능해졌다.

    식량과학원에서는 화성벼와 O. minuta(Acc. No. 101141) 간 여교잡을 통해 반복친인 화성벼와 출수기, 간장, 1,000립중, 임실율 등 여러 작물학적 특성에서 차이를 보이는 염색체단편치 환 계통 ‘WH79006’을 육성하였는데, 화성벼와 WH79006의 차이는 WH79006에 이전된 O. minuta 염색체단편에 의한 것이 라고 할 수 있다(Kang et al. 2002).

    수당립수는 종자중, 임실율과 함께 벼의 중요한 수량 구성요소인 데, 지금까지 수당립수에 관여하는 몇몇 유전자(Gn1a, APO1, OsSPL14)가 분리되고 그 기능이 분석되었으며(Ashikari et al. 2005, Miura et al. 2010, Ikeda et al. 2007), 이들 외에도 다양한 교배조합 후대를 이용하여 수당립수를 조절하는 QTL(quantitative trait loci)을 탐지하였다(Ookawa et al. 2010). 이러한 관점에서 재배벼의 유전적 다양성증진과 수당립수 증가를 통한 수량성 증진을 위해 종간잡종 후대를 이용하는 연구가 요구된다.

    본 연구진은 화성벼를 반복친, O. minuta 을 공여친으로 이용 하여 육성된 근동질계통을 이용하여 수량구성요소, 출수기 등에 관여하는 양적형질 유전자를 분석하고 이들 계통들을 평가하는 연구를 수행하고 있다. 본 연구는 화성벼와 O. minuta 조합에서 유래한 이입계통 중에서 출수기 등 주요 농업적 특성은 화성벼와 유사하며 수당립수가 증가한 중간모본 신품종 ‘화원6호’를 개발 하였기에 육성 경위와 주요 특성을 보고하고자 한다.

    재료 및 방법

    작물학적과 병해충저항성

    본 시험은 ‘화원6호’와 화성벼를 공시하여 2009, 2010년 2년 간 충남대학교와 예산 충남 농업기술원에서 실시하였다. 재배방 법은 4월 30일 파종하여 30일간 육묘한 후 5월 30일에 30 × 15 cm의 재식거리로 주당 1-3본씩 이앙하고, 시비량은 N-P2O5-K2O = 9-4.5-5.7 kg/10a로 재배하였다. 시험구 배치는 완전임의배치법 3반복으로 하였다. 기타 재배 관리와 주요 농업 적 특성, 흰잎마름병 등 병해충 저항성은 농촌진흥청 신품종개발 공동연구사업 조사 기준에 준하여 실시하였다(RDA 2010, 2011). 내냉성 성적은 춘천출장소 포장에 공시하여 적고와 추출 도를 조사하였고, 수량성은 반복별 중앙의 20개체를 수확하여 조사하였다.

    농업특성의 비교를 위한 통계분석은 t-검정을 이용하여 ‘화원 6호’와 화성벼의 2년간의 평균성적을 비교하였다.

    미질특성

    미질특성 조사를 위한 종자시료는 종자 수확 후 종자 수분함량 이 15%가 될 때까지 건조한 후에 도정하였다. 백미기(Toyo, Japan)를 이용하여 현미 시료를 현백율 92%로 조정하여 백미를 만든 후에 시료를 15°C의 냉장고에 보관하였다. 완전미 비율, 심복백, 피해립비율(피해립과 변색립)은 RN-300(Kett, 일본)을 사용하여 1,000립의 종자를 이용하여 조사하였다. 아밀로스 함 량은 Juliano(1971) 방법, 알칼리붕괴도(alkili digestion value: ADV)는 IRRI 표준평가방법(1988) 그리고 단백질함량은 100g 의 시료를 이용하여 grain analyzer(AN700 Kett, 일본)로 측정 하였다.

    결과와 고찰

    육성경위

    ‘화원6호’의 육성 경위를 Fig. 1에 제시하였다. 양질인 화성벼 를 반복친, O. minuta (Acc. No. 101154)를 공여친으로 이용하여 BC5F1 개체들을 육성하였으며(Kang et al. 2002), 이들을 자식 시켜 전개시킨 후 표현형적으로 고정된 한 계통(BC5F1)을 선정 하여 WH29001으로 명명하였다. WH29001을 선발하고 화성벼 와 여교배를 실시하여 BC6F1 식물체를 확보하였다. 이 개체를 자식시켜 197개의 BC6F2 개체를 육성하고 이들 개체들의 특성 조사와 SSR 분자표지를 이용한 유전자형을 검정하였다. 표현형 성적과 DNA 유전자형 성적을 이용하여 양적형질 유전자좌 분석을 실시한 결과, 화성벼의 유전적 배경에 이입된 O. minuta의 염색체 단편이 출수기, 간장, 수당립수 등에 관여함을 알 수 있었다. DNA 검정 결과 WH29001에 이입된 O. minuta의 염색 체단편은 2, 5, 6, 7번 염색체에 분포하였다. 이들 O. minuta 단편 중에서 7번 염색체에 위치한 SSR 마커 RM21596과 연관을 보인 단편이 수당립수의 증가와 관련이 있었다. 이 결과를 확인하 기 위해 197개 F2 개체에서 유래한 197개 F3 계통을 포장에 재식하여 수당립수 등 형질을 평가한 결과, F2 세대와 같이 7번 염색체에 이입된 O. minuta 단편이 화성벼 대립유전자에 비해 수당립수를 증가시키는 결과를 재확인할 수 있었다(Linh et al. 2008).

    197개 F3 계통 중에서 염색체 7번에만 O. minuta 단편이 이입된 1계통을 선발하여 화성벼에 여교배하고 BC7F1 개체를 육성하였다. BC7F1 개체를 자식시켜 3,700개의 BC7F2 개체를 육성하고 이들의 유전자형을 검정하였다. 목표 지역에서 O. minuta 단편이 이입된 계통 CR1135-64-2을 선발하고 이 계통을 포장에 전개하여 출수기 등 작물학적 특성을 평가하였다. 마이크 로새터라이트 마커를 이용하여 ‘화원6호’에 이입된 O. minuta의 염색체단편을 검정한 결과, 1개의 염색체단편이 7번 염색체의 마이크로새터라이트 마커 RM500 - RM418 부근에 위치하였다 (Linh et al. 2008).

    선발 계통을 2009년과 2010년에 충남대학교와 예산 충남농업 기술원(CARES: Chungcheongnamdo Agricultural Research & Extension)에서 생산력검정을 실시한 결과 품종보호원 출원 조건에 부합하여 ‘화원6호’로 명명하고 품종보호원을 출원하였다.

    출수기와 주요 농업 특성

    ‘화원6호’의 출수기는 보통기 보비재배에서 평균 8월 12일로 ‘화성벼’와 유사한 중생종이며, 간장은 80cm로 ‘화성벼’와 동일 하였다. ‘화원6호’의 이삭길이는 20.5cm로 ‘화성벼’보다 약간 길었으나 유의한 차이는 없었다. 주당수수, 임실율, 현미 1000립 중은 화성벼와 유사하였다(Table 1). 그러나 ‘화원6호’의 수당립 수는 화성벼보다 많았으며 두 품종간 유의한 차이를 보였고 이로 인해 수량성이 화성벼에 비해 증가하였다(Fig. 2).

    병해충저항성

    ‘화원6호’는 도열병, 흰잎마름병, 오갈병과 검은줄오갈병에 는 화성벼 수준으로 약하였고, 벼멸구 등 충해에도 약하였으나 호엽고병 저항성은 화성벼 수준이었다(Table 2).

    도정과 미질 특성

    ‘화원6호’는 쌀 심복백이 화성벼에 비해 약간 높고, 완전미율 은 낮은 편이다(Table 3). 아밀로스 함량, 단백질함량, 정현비는 화성벼와 유사한 값을 보였다(Table 3).

    수량성

    ‘화원6호’의 수량성은 '09~'10년 2개년간 실시한 생산력검 정시험 결과 대전 포장에서 6.57MT/ha로 화성벼에 비해 약 3.1% 증수를 보였으나 통계적인 유의차는 없었다(Table 4).

    화원6호의 이용 분야

    벼에서 여교배를 통해 병해충저항성 등 질적유전자를 반복친 으로 이전한 예는 많이 보고되었다(Khush 1997). 그러나 수량구 성요소 등 양적형질은 여러 개의 유전자가 관여하기 때문에 목표유전자의 이전이 매우 어렵고 그 효율이 낮다. 화원6호는 여교배와 분자표지를 이용하여 화성벼의 유전적배경에 O. minuta의 수당립수에 관여하는 염색체단편이 이입된 근동질계 통으로, 수당립수에 관여하는 유전자의 특성을 밝히는데 중요한 자원으로 이용될 수 있다. 지금까지 벼에서 수당립수를 조절하는 몇몇 유전자(Gn1a, APO1, OsSPL14)가 분리되고 그 기능이 분석 되었는데 (Ashikari et al. 2005, Miura et al. 2010, Ikeda et al. 2007), 화원6호의 spp7 유전자가 이들 유전자들과 수당립수 조절에서 동일한 경로에 있는지 그리고 어떤 상호작용을 하는지 에 대한 정보의 획득이 가능하다. 수당립수 유전자들의 상호작용 등에 대한 정보는 최종적으로 벼의 수량성 향상을 위한 육종계획 수립에 필요할 것으로 판단한다.

    적 요

    화성벼의 유전적 배경에 O. minuta의 유용유전자가 이입된 근동 질계통을 육성하기 위해 화성벼와 O. minuta를 교배하고, 계속적인 여교배와 MAS를 병행 실시하여 유망계통 CR1135-64-2를 선발 하였다. CR1135-64-2는 생산력검정 시험 결과 조사된 형질 중 수당립수를 제외한 기타 형질은 화성벼와 유사한 근동질계통 으로, 품종보호 출원 조건에 부합하여 ‘화원6호’로 명명하고 품종보호원을 출원하였다. ‘화원6호’는 출수기가 보통기재배에 서 8월 12일로 화성벼와 유사한 중생종 품종이다. 현미천립중은 21.9g으로 화성벼보다 무거웠으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다. ‘화원6호’는 줄무늬잎마름병을 제외한 다른 병해충에는 약한 반응을 보였으며, 완전미율은 화성벼에 비해 약간 낮았고, 아밀로스 함량은 화성벼와 유사하였으나 통계적인 차이는 없었 다. ‘화원6호’의 정조수량은 '09~'10년 2개년간 실시한 생산력 검정 시험에서 평균 6.57 MT/ha로 화성벼 대비 103% 수준이었 다. ‘화원6호’는 화성벼에 비해 수당립수가 많았는데 이는 O. minuta에서 이입된 qSPP7 유전자의 영향으로 판단된다.

    (품종보호권 등록번호: 제 5133호)

    사 사

    본 논문은 2015년도 충남대학교 자체연구과제 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    KJBS-49-280_F1.gif

    Pedigree diagram of ‘Hwaweon 6’.

    KJBS-49-280_F2.gif

    Phenotype difference between Hwaseongbyeo and Hwaweon 6 in panicle. Refer to Linh et al. (2008)

    Table

    Comparison of agronomic traits and yield components between Hwaweon 6 and Hwaseongbyeo at two sites. Data are the averages of two year evaluation. (RYT : '09-'10)

    zNo. of plants evaluated.
    yNo. of plants evaluated.
    x*: Significant at the 5%, ns: not significant.

    Reactions to major biotic and abiotic stresses. (NCES, CNU, CARES)

    zR: Resistant, MR: Moderately resisitant S: Susceptible,
    yBPH: Brown planthopper,
    xGermination after 10 days at 15°C.

    Milling properties and grain quality of ‘Hwaweon 6’. Data are the averages of two year evaluation. (CARES: '09-'10)

    Summarized results of Replicated Yield Trials ('09~'10). (CNU)

    zNot significant between Hwaseongbyeo and Hwaweon 6.

    Reference

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