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Response of Mandarins to Seed Formation and Triploid Progeny Production in Interploid Crosses
배수성이 다른 만다린의 교잡에서 종자 형성과 3배체 후대 생성의 반응
Korean J. Breed. Sci. 2024;56(1):1-10
Published online March 1, 2024
© 2024 Korean Society of Breeding Science.

Ji Young Park1, Eun Ui Oh1, Eo Jin Kim1, Seungyong Jeong2, and Kwan Jeong Song1*
박지영1⋅오은의1⋅김어진1⋅정승용2⋅송관정1*

1Department of Horticultural Science, SARI, Graduate School, Jeju National University, Jeju 63243, Republic of Korea
2Jeju Special Self-governing Province Agricultural Research and Extention Services, Seowipo, 63556, Republic of Korea
1제주대학교 대학원 원예학과
2제주특별자치도농업기술원 감귤아열대연구과
Correspondence to: *Kwan Jeong Song
TEL. +82-64-754-3328
FAX. +82-64-725-4905
E-mail. kwansong@jejunu.ac.kr
Received October 22, 2023; Revised January 9, 2024; Accepted January 16, 2024.
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Seedlessness is the most important characteristic of citrus and one of its breeding purposes. Triploids are the most reliable way to secure seedlessness and can be developed through crosses between tetraploids and diploids or between diploids and diploids. We evaluated the characteristics of seed formation and recovery frequency of triploids in interploid crosses in this study. Normal seed formation was the highest (85.0%) in crosses of 2x × 2x, followed by crosses 4x × 2x and 2x × 4x. Partially developed seeds were obtained at the highest rate (35.3%) from crosses of 4x × 2x with 0.7 seeds per fruit, followed by 2x × 2x and 2x × 4x with 0.2 and 0.1 seeds per fruit, respectively. The number of undeveloped seeds per fruit was 1.1, 1.0, and 0.3 from the 4x × 2x, 2x × 4x, and 2x × 2x crosses, respectively, and the lowest frequency was recorded in the 2x × 2x cross. Diploid plants were mostly obtained in the 2x × 2x cross (98.8%), while 73.0% triploids and 27.0% tetraploids were obtained with 4x × 2x, and 14.3% diploids, 57.1% triploids, and 28.6% tetraploids were achieved with the 2x × 4x cross. Diploid plants were mostly obtained from normal seeds, while ad triploid and tetraploid plants were mostly obtained from partially developed and undeveloped seeds. The results indicated that crosses of 4x × 2x were the most efficient and that in vitro culture should be applied to rescue plants from partially developed and undeveloped seeds in triploid breeding programs.
Keywords : diploid, triploid, tetraploid, flow cytometry, seedlessness
서언

감귤(Citrus spp.)은 아열대 기원의 2배체(2n=2x=18) 식물로, 수천년 전부터 재배되어 전세계에 퍼졌으며 세계에서 가장 광범위하게 생산되는 과수 작물이다(Ollitrault & Navarro 2012). 감귤은 약 130개 국가에서 재배되고 있으며 주요 생산국은 중국, 브라질, 미국, 멕시코 등으로, 이들 국가의 2021년 기준 생산량은 세계 총 생산량의 49.9%인 약 8천만 톤을 기록하고 있다(FAO 2021).

단위결과성은 속씨식물에서 수정되지 않고도 정상적인 과실로 발달할 수 있는 현상으로 감귤에서 무핵 과실을 생산하기 위한 필수적인 특성이며(Montalt et al. 2021, Vardi et al. 2008), 소비자들은 종자가 없는 과실을 선호하기 때문에 무핵 과실은 감귤 육종에 있어서 가장 중요한 특성이자 주요 육종 목표의 하나이다(Yamamoto et al. 1995). 자가불화합성은 무핵 과실을 생산하는 단위결과와 관련되어 있으며(Gambetta et al. 2013), 자가불화합성과 관련된 무핵 정도는 타 품종 임성 화분의 존재에 크게 영향을 받는다(Recupero et al. 2005). 다양한 품종의 보급으로 인해 품종간 교배 기회가 늘어나면서 타 품종 임성 화분의 유입에 의한 종자 형성 문제는 스페인 등에서 널리 보고되었다(Navarro et al. 2015, Recupero et al. 2005). 스페인에서 가장 널리 재배되고 있는 ‘클레멘타인’은 자가불화합성(Montalt et al. 2021)으로 단일 품종 재배 시 무핵 과실을 생산할 수 있다. 그러나 만생종 만다린의 수요를 충족하기 위해 ‘Nova’, ‘Fortune’ 등의 품종들이 도입되었고, 과실에서 종자 형성 문제가 발생되었다. ‘클레멘타인’의 화분과 자방은 불임이 아니기 때문에 수분이 가능하고 타 품종에 의해 수분될 수 있기 때문에 두 품종 모두에서 종자가 있는 과실이 형성되어 경제적 손실이 발생하였다(Navarro et al. 2015, Recupero et al. 2005). 이러한 문제를 해결하기 위해 세계적으로 무핵 과실을 생산할 수 있는 3배체 품종과 3배체를 생산하기 위한 식물재료로써 4배체 품종의 개발이 다양하게 시도되고 있다(Cameron & Burnett 1978, Grosser et al. 2000, Grosser et al. 2014). 3배체 품종은 일반적으로 배우체 불임으로 간주되고(Otto & Whitton 2000), 이는 환경변화에 거의 영향을 받지 않는다(Recupero et al. 2005). 그러므로 3배체 품종의 개발은 무핵 감귤의 상업적 품종을 개발하기 위한 중요한 육종 전략의 하나이다(Cuenca et al. 2010, Navarro et al. 2015, Ollitrault et al. 2007, Ollitrault et al. 2008).

교배 육종은 과수 육종에서 가장 빈번하게 사용되는 방법으로 감귤 외에 사과, 배, 키위, 복숭아 등에서도 이용되고 있다(Chung et al. 2020). 감귤에서 3배체 식물은 2배체 간 교배에서 미감수분열의 2n 배낭세포와 반수체 화분의 결합(Esen & Soost 1971) 또는 4배체와 2배체간 교배를 통해 획득될 수 있다(Cameron & Burnett 1978, Esen et al. 1978). 이들 교배에서 3배체 식물은 주로 부분 발육 종자에서 얻어지는 것으로 알려져 있으나 이에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 특히 많은 감귤 품종들은 주심조직으로부터의 체세포배 발달에 의한 다배성의 특성을 보유하고 있는데, 이 경우 교잡모본에서의 교잡배 퇴화에 의한 교잡실생 형성이 저하되어 교잡육종의 걸림돌로 작용하게 되므로 교잡육종에서의 단배성 모본의 이용 여부는 매우 중요하다(Aleza et al. 2010a). 따라서 본 연구는 단배성의 4배체와 2배체 및 단배성의 2배체와 4배체 간 교배조합에 따른 종자 형성도와 후대 3배체 식물의 생산 정도를 평가하고자 수행하였다.

재료 및 방법

식물재료

제주대학교 실습농장 및 제주특별자치도 농업기술원 유전자원 포장에 재식된 ‘감평(Kanpei)’, ‘베니바에(Benibae)’, ‘에히메과시 28호(Ehime Kashi 28 gou)’, ‘청견(Kiyomi)’, ‘클레멘타인(Clemenules)’, ‘타로코(Tarocco)’, ‘타마미(Tamami)’를 식물재료로 이용하였다(Table 1). 이때 사용된 ‘감평’, ‘베니바에’ 및 ‘타로코’는 콜히친 처리로 육성된 동질 4배체이며, 콜히친은 감귤류 이외에도 인위적으로 다배수체를 만들기 위해 가장 보편적으로 이용되는 물질이다(Hailu et al. 2021, Haring et al. 2023). 종자친으로 이용된 품종들은 ‘타마미’를 제외하고 모두 단배성 품종이며 ‘타마미’는 87.5%의 확률로 단배성 종자를 생산하는 품종이다. 화분 채취 및 인공수분은 2022년 4월 말부터 5월 초 사이에 수행되었다. 개화하기 직전의 꽃에서 약을 분리하여 여과지를 올려둔 패트리디쉬에 모아 25.0℃에서 32~48시간 내외로 건조하여 개약시켰다. 이를 작은 병에 담아 교배에 사용하기 전까지 -20.0℃에서 보관하였다.

Table 1

Parents of mandarin used in hybridizations.

Cultivar name Ploidy Scientific name Embryony
Benibae Autotetraploid (C. unshiu×C. sinensisC. reticulata Mono
Clemenules Diploid C. clementina hort. ex Tan Mono
Ehime Kashi 28 gou Diploid (C. unshiu×C. clementina)×[{(C. unshiu×C. sinensisC. unshiuC. reticulata] Mono
Kanpei Autotetraploid {(C. unshiu×C. sinensisC. sinensisC. reticulata Poly
Kiyomi Diploid C. unshiu×C. sinensis Mono
Tamami Diploid (C. unshiu×C. sinensisC. reticulata Poly
Tarocco Autotetraploid C. sinensis Poly


인공수분 및 화분관 신장 관찰

교배조합에 따라 -20.0℃에 저장해 두었던 화분으로 인공수분하였다. 교배가 정상적으로 이루어졌는지 확인하기 위해 인공수분 10일 후 각 교배조합에 따라 암술을 채취하였다. 암술을 FAA (formalin : acetic acid : 70% ethanol, 1 : 1 : 18, v/v/v) 용액에 넣어 4.0℃에서 암상태로 고정시켰다. 고정된 암술은 3차 증류수로 15분간 4~5번 침지⋅세척하였고, 2N NaOH 용액에 두어 60.0℃에서 80~90분 동안 연화처리한 다음, 다시 3차 증류수로 15분간 4~5회 침지⋅세척하였다. 연화된 암술은 0.1% aniline blue (0.1% aniline blue를 0.1 N K3PO4에 용해)에 두어 상온에서 암상태로 24시간 동안 염색하였다. 염색된 암술은 암술대와 자방이 분리되도록 자르고, 암술대와 자방을 세로로 다시 잘랐다(Pok et al. 2015). 자른 암술 절편체의 단면을 형광현미경(Leica DMRBE, Leica Co., Germany)으로 관찰하였다.

종자 분류 및 기내 파종

성숙기에 과실을 수확하여 70.0% 에탄올에 10분간 침지하여 표면 살균한 후 무균상에서 종자를 채취하였다. 종자는 완전히 발육한 정상종자, 70.0% 내외로 발육한 부분발육종자, 미발육종자인 쭉정이 3가지로 구분하여 30.0 g/L sucrose와 8.0 g/L plant agar가 첨가된 MS 배지(Murashige & Skoog 1962)에 파종하였다. 종자가 발아하면 30.0 g/L sucrose, 1.0mg/L BA, 0.1mg/L NAA 및 8.0 g/L plant agar가 첨가된 MS 배지로 옮겨주고 1개월마다 배지를 교환하였다. MS 배지는 121.0℃에서 15분간 고압멸균한 후 이용하였으며 pH는 5.8로 맞추었다. 종자 및 식물체는 25.0±1℃ 온도 조건과 16시간의 일장 하에서 생육되었다.

배수성 검정

배수성 검정은 배수성 분석기(flow cytometry, PA-II, Partec, Munster, Germany)를 이용해 분석되었으며, 배수체 검정은 Song et al. (2011)의 방법으로 수행되었다. 기내에서 자란 어린 식물체의 잎(<50 mm2)을 채취하여 세포벽을 분해하는 nuclei extraction buffer 용액 400.0 μL를 넣고 약 30초간 면도날로 잘게 자른 후 30.0 μm 필터에 여과시켰다. 이를 1.6 mL 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) 용액으로 염색하고 약 1분 후 배수성을 분석하였다.

결과 및 고찰

배수성에 따른 수정의 영향

감귤의 배수체 간 교잡에서 수정 과정에서의 배수성 영향을 평가하기 위해 인공수분 후 암술 내 화분관 신장을 관찰하였다(Fig. 1). 인공수분 10일 후, 발아한 많은 화분들의 화분관이 암술대 내로 신장하였으며, 자방에 도달하여 정상적인 수정과정을 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 감귤의 경우 동질4배체의 화분 발아율은 2배체 기원 품종의 화분과 비슷한 수준으로(Aleza et al. 2012a), 교잡과정에서 배수성만이 화분 발아율에 관여하는 요인은 아니며(Lora et al. 2022) 발아율이 낮더라도 수정에는 문제가 없다고 알려진 바 있다(Viloria & Grosser 2005). 수박에서 in vivo 발아시험 결과 4배체보다 2배체에서 월등히 많은 수의 화분관이 신장한다는 보고가 있지만(Kim et al. 2019), 이와 대조적으로 본 연구에서는 거의 차이를 보이지 않았다. 그러므로 2x×4x 조합에서 화분관의 신장과 수정에 미치는 배수성의 영향은 매우 적을 것으로 생각된다.

Fig. 1. Pollen tube growth in pistils with crosses of 4x ‘Benibae’×2x ‘Clemenules’ (A), 2x ‘Ehime Kashi 28 gou’×4x ‘Kanpei’ (B), and 2x ‘Ehime Kashi 28 gou’×2x ‘Clemenules’ (C). Scale bar indicates 200 µm.

교배조합에 따른 종자 형성도

교배조합에 따른 과실의 단면과 과실 착과량 및 종자 형태에 따른 종자의 수는 다음과 같다(Fig. 2, Table 2). 4x×2x 교배조합의 착과율은 24.8%, 2x×4x은 14.2%, 2x×2x은 14.0%로 4x×2x 교배조합에서 착과율이 높게 나타났으며, ‘Benibae’בClemenules’ 교배조합에서 37.8%로 착과율이 가장 높았다. 반면‘Benibae’와 ‘Ehime Kashi 28 gou’를 정역교배한 결과 착과율은 각각 17.6% 및 25.2%로, 2배체와 4배체 ‘Kinnow’의 정역교배에서 보고된 바(Jaskani et al. 2005)와 마찬가지로 2x×4x 교잡에서 착과율이 높게 나타났다.

Table 2

Fruit set and seed formation according to interploid cross combinations.

Interploid cross Seed parent Pollen parent No. of pollinated flowers No. of Fruit sets (%) Seed formation (%)

Fully developed Partially developed Undeveloped Total
4x2x Benibae Clemenules 37 14 (37.8) 3 (7.9) 15 (39.5) 20 (52.6) 38
Benibae Ehime Kashi 28 gou 68 12 (17.6) 1 (7.7) 3 (23.1) 9 (69.2) 13
Total 105 26 (24.8) 4 (7.8) 18 (35.3) 29 (56.9) 51
2x4x Clemenules Benibae 84 0 (0.0) - - - -
Ehime Kashi 28 gou Benibae 111 28 (25.2) 2 (11.8) 4 (23.5) 11 (64.7) 17
Ehime Kashi 28 gou Kanpei 166 35 (21.1) 11 (14.0) 8 (10.1) 60 (75.9) 79
Ehime Kashi 28 gou Tarocco 53 9 (17.0) 0 (0.0) 0 (0.0) 11 (100.0) 11
Kiyomi Kanpei 4 1 (25.0) 0 (0.0) 0 (0.0) 0 (0.0) 0
Tamami Benibae 89 13 (14.6) 0 (0.0) 0 (0.0) 1 (100.0) 1
Tamami Kanpei 114 2 (1.8) 0 (0.0) 0 (0.0) 4 (100.0) 4
Total 621 88 (14.2) 13 (11.6) 12 (10.7) 87 (77.7) 112
2x2x Ehime Kashi 28 gou Clemenules 108 30 (27.8) 57 (90.5) 6 (9.5) 0 (0.0) 63
Tamami Clemenules 135 4 (3.0) 34 (77.3) 0 (0.0) 10 (22.7) 44
Total 243 34 (14.0) 91 (85.0) 6 (5.6) 10 (9.3) 107


Fig. 2. Sections of fruits at harvest. (A) 4x ‘Benibae’×2x ‘Clemenules’, (B) 2x ‘Ehime Kashi 28 gou’×4x ‘Kanpei’, and (C) 2x ‘Tamami’×2x ‘Clemenules’.

4x×2x 교잡에서 종자는 과실당 2.0개, 2x×4x 교잡에서 1.3개, 2x×2x 교잡에서는 3.1개가 형성되었으며, Aleza et al. (2010b, 2012a, 2012b)보다 과실당 종자수는 적게 형성되었다. 4x×2x 교잡에서 정상종자는 과실당 0.2개, 부분발육종자는 0.7개 및 미발육종자는 1.1개로 각각 나타났으며 2x×4x 교잡에서는 과실당 정상종자 0.2개, 부분발육종자 0.1개 및 미발육종자 1.0개로 나타났다. 2x×2x 교잡에서는 과실당 정상종자는 2.6개, 부분발육종자는 0.2개 및 미발육종자는 0.3개로, 정상종자는 2x×2x에서 가장 많이 나타났고 미발육종자는 가장 적게 나타났다. Aleza et al. (2012b)와 마찬가지로 4x×2x 교잡에서 정상종자보다 부분발육종자가 많이 형성되었으며, 정상종자의 형성이 2x×4x 교잡보다 많다(Jaskani et al. 2005)는 보고와는 달리 큰 차이가 나타나지 않았다. 4x×2x 교잡에서 정상종자는 7.8%, 부분발육종자는 35.3%, 미발육종자는 56.9%의 비율로 형성되었고, 2x×4x 교잡에서 정상종자는 11.6%, 부분발육종자는 10.7%, 미발육종자는 77.7%로 형성되었다. 2x×2x 교잡은 정상종자가 85.0%, 부분발육종자가 5.6%, 미발육종자가 9.3%로 형성되었다.

2x×4x 교잡에서 전체 종자 중 미발육종자의 발생이 많았는데, 이는 배와 배유의 배수성 비율과 연관된 것으로 생각된다. 배와 배유의 배수성 비율이 2:3 (2x×2x) 또는 3:5 (4x×2x)인 경우 종자는 정상적으로 생존 가능한 식물체를 형성하지만, 비율이 3:4 (2x×4x)인 경우 3x의 배를 갖는 종자에서는 대부분 식물체로의 정상적인 발달이 진행되지 못하며 몇 개의 종자에서만 정상 식물체로 생장할 수 있다고 보고되었다(Esen & Soost 1973, Esen et al. 1978). 배유는 배보다 먼저 발달하고(Brink & Cooper 1947), 배의 형태형성 초기단계를 조절한다(Lester & Kang 1998). 그러므로 배와 배유 사이의 염색체 수 불균형이 두 조직 사이의 생리적 관계를 교란시켜 먼저 배유의 퇴화를 초래하고 이후 배가 퇴화되기 때문에(Esen & Soost 1973) 2x×4x 교잡에서 미발육종자가 많이 나타나는 것으로 생각된다.

교배조합에 따른 3배체 식물체 획득률

종자를 배지에 파종하여 식물체를 획득하였는데 이들 조합의 식물체 획득률은 4x×2x 교잡에서 72.5%, 2x×4x 교잡에서 18.8%, 그리고 2x×2x 교잡에서 78.5%로 나타났다(Table 3). Aleza et al. (2012a, 2012b)에 의하면 2x×4x와 4x×2x 교배의 종자 발아율은 두 조합에서 모두 높게 나타나고 큰 차이가 없었으나 본 연구에서는 2x×4x 교배의 발아율 및 식물체 획득률이 매우 낮게 나타났다. 정상종자와 부분발육종자가 발아하지 못하고 고사하는 경향을 보였으나 그 이유가 불분명하기 때문에 이에 어떤 요인이 관여한 것인지 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

Table 3

Recovery and ploidy level of plants obtained from in vitro seed culture in different interploid crosses.

Interploid cross Seed parent Pollen parent No. of fully developed seeds No. of partially developed seeds No. of undeveloped seeds



Total 2x 3x 4x Total 2x 3x 4x Total 2x 3x 4x
4x2x Benibae Clemenules 3 (3) - 2 1 12 (15) - 11 1 16 (20) - 12 4
Benibae Ehime Kashi 28 gou 1 (1) - - 1 3 (3) - - 3 2 (9) - 2 -
Total 4 (4) - 2 2 15 (18) - 11 4 18 (29) - 14 4
2x4x Clemenules Benibae - - - - - - - - - - - -
Ehime Kashi 28 gou Benibae 1 (2) - 1 - 0 (4) - - - 0 (11) - - -
Ehime Kashi 28 gou Kanpei 5 (11) 1 4 - 0 (8) - - - 14 (60) 2 6 6
Ehime Kashi 28 gou Tarocco 0 - - - - - - - 1 (11) - 1 -
Kiyomi Kanpei 0 - - - - - - - - - - -
Tamami Benibae 0 - - - - - - - 0 (1) - - -
Tamami kanpei 0 - - - - - - - 0 (4) - - -
Total 6 (13) 1 5 - 0 (12) - - - 15 (87) 2 7 6
2x2x Ehime Kashi 28 gou Clemenules 52 (57) 52 - - 2 (6) 2 - - 0 - - -
Tamami Clemenules 30 (34) 29 1 - 0 - - - 0 (10) - - -
Total 82 (91) 81 1 - 2 (6) 2 - - 0 (10) - - -


Oiyama & Kobayashi (1990)에 따르면 2x×4x 교배의 미발육종자는 배의 유무에 따라 2가지 형태로 존재하며, 미발육종자 중 24.9%가 배가 없는 미발육종자로 나타났다. 본 연구에서 미발육종자의 형태를 구분하지는 않았으나, 4x×2x 교배의 경우 29개의 미발육종자 중 18개(62%)에서 식물체를 획득한 반면 2x×4x 교배에서는 87개의 미발육종자 중 식물체 획득은 15개(17%)에 불과했기 때문에 2x×4x 교배에서 배가 없는 미발육종자의 발생이 많았을 것으로 생각된다.

교잡종자의 기내 배양으로 획득된 식물체의 유엽을 채취하여 배수성 검정기로 배수성을 분석했으며, 그 결과는 다음과 같다(Fig. 3, Table 3). 배수성 검정 결과 3배체는 4x×2x 교잡의 정상종자에서 2개(50.0%), 부분발육종자에서 11개(73.3%) 및 미발육종자에서 14개(77.8%)가 획득되었다. 2배체는 획득되지 않았으며 나머지 2개는 모두 4배체로 나타났다. 본 연구에서 3배체는 정상종자보다 부분발육종자와 미발육종자에서 많이 획득되었다. Aleza et al. (2012b)는 4배체 ‘클레멘타인’에 2배체 ‘클레멘타인’의 화분을 교배하여 0.5%의 확률로 4배체 식물체를 획득하였는데, SSR 마커를 이용해 분석한 결과 이는 자가수정 유래였으며, ‘클레멘타인’은 자가불화합성으로 자가수정 될 확률이 낮기 때문에 4배체 발생 빈도가 매우 낮게 나타나게 된 것으로 보고하였다. ‘베니바에’의 경우 자가불화합성 정도가 아직 알려지지 않았기 때문에 이에 관련한 연구가 더 필요할 것으로 생각된다.

Fig. 3. Ploidy level determination by flow cytometry analysis. (A) tetraploid control, (B) diploid of ‘Ehime Kashi 28 gou’בClemenules’, (C) triploid of ‘Benibae’בClemenules’, and (D) tetraploid of ‘Benibae’בClemenules’.

2x×4x 교잡에서는 정상종자에서 5주(83.3%), 부분발육종자에서 0주 및 미발육종자에서 7주(46.7%)의 3배체가 획득되었다. 4배체는 미발육종자에서 6주(40.0%)가 획득되었고, 나머지는 2배체로 나타났으며 2, 3, 4배체 모두가 획득되었다. 감귤에서 단배성 품종을 종자친으로 이용하였을 때 미발육종자에서 다양한 다배성 종자가 형성될 수 있다. Aleza et al. (2012a)는 2x×4x 교잡에서 미발육종자의 67.0%가 단배, 33.0%가 다배였으며, Oiyama et al. (1991)는 286개의 종자에서 78.0%가 단배성, 나머지가 다배성으로 보고한바 있다. 반면, 본 연구에서는 미발육종자에서 다배성 종자가 형성되지 않았다. 3배체로 판별된 다배성 미발육종자는 수정배 유래이기 때문에(Oiyama & Kobayashi 1990), 다배성 및 단배성 종자에 따른 유전자형의 다양성은 차이가 없을 것으로 생각된다. 2x×4x 교잡에서 4배체의 발생에 관한 연구가 보고되었다(Jaskani et al. 2007, Oiyama et al. 1991). 이때 4배체는 감수분열되지 않은 자성배우체와 감수분열된 웅성배우체 간 결합의 결과이며, 이는 2x 화분에 의한 지연 수정으로 인해 반수체 난세포 내 염색체가 두 배 증가하거나 또는 불화합성인 대립유전자의 특정 조합이 존재하는 경우 2x 화분에 의해 2배체 난세포가 먼저 수정되는 메커니즘에 기인한다(Esen & Soost 1973). 또한, 주심배가 발달하여 4배체를 형성하는 경우도 있지만 대부분 두 부모의 형질이 유전된 잡종 4배체를 형성한다는 연구 결과가 보고되었다(Xie et al. 2019). 수정배 유래의 4배체이기 때문에 3배체를 생산하기 위한 새로운 4배체 품종으로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

2x×2x 교잡에서는 정상종자의 단 1주(1.2%)에서만 3배체가 획득되었고, 나머지는 모두 2배체였다. 2x 배우체의 형태와 발생빈도는 품종의 유전자형과 환경 조건이 관련되어 있지만(Barcaccia et al. 1997), 일반적으로 2배체 간 교잡에서 미감수분열의 2x 배우체 발생빈도는 낮기 때문에(Esen & Soost 1971) 3배체 획득률이 매우 낮은 편이다.

본 연구에서 4x×2x 교잡에서 획득한 37주의 식물체 중 27주의 3배체(73.0%), 2x×4x 교잡에선 21주의 식물체 중 12주의 3배체(57.1%)가 획득되었다. 4x×2x 교잡에서 각 종자 형태에 따라 3배체는 과실당 0.08개, 0.42개 및 0.53개가 획득되었고, 2x×4x 교잡에서는 과실당 정상종자에서 0.06개, 미발육종자에서 0.08개의 3배체가 획득되었다. 2x×2x 교잡에서는 과실당 정상종자에서만 0.03개의 3배체가 획득되었다. 4배체는 4x×2x 교잡에서 10주(27.0%), 2x×4x 교잡에서 6주(28.6%)가 획득되었고, 2x×2x 교잡에서는 획득되지 않았다. 4x×2x 교잡에서 각 종자 형태에 따라 4배체는 과실당 0.08개, 0.15개 및 0.15개로 모든 종자형태에서 획득되었고, 2x×4x 교잡에서는 미발육종자에서만 과실당 0.07개의 4배체가 획득되었다. 이를 통해 3배체의 생산은 2x×4x 교잡보다 4x×2x 교잡이 성공적임을 알 수 있었으며, 이는 Esen et al. (1978)Aleza et al. (2012b)의 결과와 일치하였다. 그러나 이와는 반대로 2x×4x에서 종자가 4x×2x교잡보다 적게 형성되었고, 식물체 획득률이 낮았기 때문에 4x×2x 교잡에서 2x×4x 교잡보다 4배체 획득률이 높게 나타났다.

감귤의 배수성에 따른 교잡에서 4x×2x 교잡을 이용하는 것이 3배체 획득에 가장 유리할 것으로 생각되며, 4x×2x 교잡에서 정상종자보다는 부분발육종자 및 미발육종자에서 3배체가 많이 획득되었다. 또한 배수성이 다른 품종 간 교배에서는 부분발육종자 및 미발육종자의 형성이 많기 때문에 기내 배양이 수반되어야 할 것으로 생각된다. 그러나 아직 베니바에의 자가불화합성이나 2x×4x 교잡에서 식물체 획득률이 낮았던 원인에 대해 알지 못하기 때문에 이에 관한 추가적인 연구가 더 필요할 것으로 생각된다.

적요

감귤에서 종자가 없는 무핵 특성은 주요한 육종 목표의 하나이다. 3배체 품종은 무핵을 얻는 가장 안정적인 방법이고, 4배체와 2배체간 또는 2배체 간 교잡으로 육성될 수 있다. 본 연구는 감귤의 배수성에 따른 교잡에서 종자 형성의 특성과 3배체의 획득 정도를 평가하고자 수행되었다. 4x×2x, 2x×4x 및 2x×2x 교잡에서 정상종자의 형성은 각각 과실 당 0.2개, 0.2개 및 2.6개로 2x×2x 교잡에서 가장 많이 형성(85.0%)되었고, 부분발육종자는 각각 0.7개, 0.1개 및 0.2개로 4x×2x 교잡에서 가장 많이 형성(35.3%)되었으며, 미발육종자는 각각 1.1개, 1.0개 및 0.3개로 2x×2x 교잡에서 가장 낮게 나타났다. 교잡종자의 식물체 획득은 2x×2x 교잡의 경우 대부분 2배체(98.8%)이고, 4x×2x 교잡의 경우 3배체 73.0% 및 4배체 27.0%, 그리고 2x×4x 교잡의 경우 2배체 14.3%, 3배체 57.1% 및 4배체 28.6%로 나타났다. 2배체 식물체는 대부분 정상종자로부터 획득되었으며, 3배체 및 4배체는 부분발육종자 및 미발육종자로부터 대부분 획득되었다. 본 연구결과 3배체 품종의 육성을 위해서는 4x×2x 교잡을 이용하는 것이 가장 효율적이며 부분발육종자 및 미발육종자의 기내배양이 수반되어야 함을 확인할 수 있었다.

사사

본 연구는 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 디지털육종전환기술개발사업지원을 받아 수행되었음, PJ322072-03-2-HD030.

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