Abstract
‘Hwaweon3’ was developed from an interspecific cross between Hwayeongbyeo and a wild species, Oryza rufipogon L. (W1944) based on marker-aided selection and backcrossing. The recurrent parent ‘Hwayeongbyeo’ is a high grain quality cultivar with medium-maturity. ‘Hwaweon3’ is nearly isogenic to Hwayeongbyeo except a small O. rufipogon introgression on chromosomes 1, 8 and 12 harboring the QTL gene for cold tolerance. The preliminary and replicated yield trial was conducted at Chungnam National University in 2006 and 2007. The local adaptability test was carried out by the National Seed Management Office (NSMO) in 2008 and 2009. This cultivar was registered to NSMO with a cultivar designated as ‘Hwaweon3’. This cultivar averaged 78 cm in culm length and has a medium growth duration. This variety is resistant to stripe virus as the recurrent parent, and moderately resistant to leaf blast disease with durable resistance. Milled rice of ‘Hwaweon3’ is translucent and the grain quality traits are comparable to those of the recurrent parent. it has low protein content. The yield potential of ‘Hwaweon3’ in grain is about 7.23 MT/ha at the ordinary fertilizer level comparable to that of Hwayeongbyeo. ‘Hwaweon3’ performed better than Hwayeongbyeo in cold tolerance-related trait in the cold water-irrigated plot in the Chuncheon sub-station. This is mainly due to the introgressed segment from O. rufipogon on chromosome 1 harboring pe1.2 for panicle exsertion. ‘Hwaweon3’ could be used as a bridging line to enhance cold tolerance of japonica breeding lines.
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Keywords: Rice; ‘Hwaweon3’; Interspecific cross; Cold tolerance; Oryza rufipogon
서 언
벼 야생종은 다양한 유전변이를 보유하고 있을 뿐 아니라, 내병충성, 내재해성 등 중요한 농업적 형질을 보유하고 있다 (
Brar & Khush 1997). 국내에서는 야생종으로부터 병해충 저항성유전자를 도입하기 위해 이용하여 왔으며 그 결과로 수원 487호, 수원497호 그리고 수원 506호 등이 육성되었다 (
Jeung et al. 2011a,
2011b). 그러나 양적형질 개선을 위해 야생벼를 이용한 보고는 찾아보기 어려운 실정이다. 이는 소 수의 우수한 유전자들이 야생벼에서 열악한 유전자들에 의해 피복되어 제대로 발현되지 않기 때문이며, 야생벼가 재배적인 측면에서 형질을 개선시키는 대립유전자보다는 열악한 대립 유전자를 상대적으로 많이 보유하고 있기 때문이다(
McCouch et al. 2007).
본 연구진은 화영벼를 반복친, 야생벼인
O. rufipogon을 수여친으로 이용하여 수량구성요소, 출수기 등 양적형질에서 재배벼의 유전적 다양성을 증진시키고, 이들 형질에 관여하는 양적형질 유전자를 탐색하고자 화영벼와 근동질인 일련의 계 통을 육성하는 연구를 수행하고 있다(
Lee et al. 2005,
Ji et al. 2011). 육성 초기세대부터 분자표지와 여교배를 이용하여 육성된 근동질계통들이 가지는 장점은 근동질계통과 반복친 간에 관찰되는 DNA 다형성과 특정 형질의 관련성에 대한 정 보의 제공이 가능하다는 점이다.
후대 검정 결과 내냉성 검정포에서 관찰되는 추출도 등 내 냉성 등에서 반복친인 화영벼와 차이를 보이는 ‘화원3호’를 육성하였기에 그 특성을 보고하고자 한다. ‘화원3호’는 국내 에서 육성된 다른 품종들과는 달리 초기 세대부터 DNA 마커 와 여교배를 이용한 MAS를 통해 육성되었다. 그리고 염색체 의 어는 부분에서 ‘화원3호’와 반복친인 화영벼가 DNA의 다 형성을 보이는지 그리고 이러한 다형성이 어떤 형질의 차이 로 이어지는가에 대한 과정을 제시하고자 한다.
재료 및 방법
본 시험은 ‘화원 3호’와 화영벼를 공시하여 2006, 2007년 2년간 충남대학교 포장에서 실시하였다. 재배방법은 4월 30 일 파종하여 30일간 육묘한 후 5월 30일에 30 × 15 cm의 재 식거리로 주당 1-3본씩 이앙하고, 시비량은 N-P2O5-K2O = 9-4.5-5.7 kg/10a로 재배하였다. 시험구 배치는 완전임의배치 법 3반복으로 하였다. 내냉성 형질에 대한 추가 자료를 얻기 위해 2010~2012년간 춘천 내냉성검정포에서 ‘화원3호’와 화영벼를 공시하여 냉수 입수구와 배수구에서의 출수기, 간 장, 수수 그리고 이삭추출도를 조사하였다. 조사개체는 입수 구와 배수구에 위치한 4-5개체를 조사하였고, 이삭추출도는 개체별 가장 긴 이삭 2개를 선정하여 조사하였다. 그 밖의 재 배 관리와 주요 농업적 특성, 수량 특성, 병해충 저항성, 도정 특성 조사는 농촌진흥청 신품종개발 공동연구사업 조사 기준 에 준하여 실시하였다.
결과 및 고찰
육성경위
‘화원 3호’의 육성 과정을 Fig.
1에 제시하였다. 야생벼인 오리자 루피포건(
Oryza rufipogon, W1944)을 화분친(pollen parent)으로 국내 우량품종인 화영벼와 교잡한 다음, 화영벼 를 반복친(recurrent parent, RP)으로 하여 여교잡을 1회 실시 하여 확보한 120개의 BC
1F
1 식물체를 1수1열법에 의해 세대 진전시켜 120개의 BC
1F
7 계통을 확보하였다(
Lee et al. 2005). 이들 120개 계통의 유전자형과 표현형을 조사하고 형질별 QTL 분석을 실시하였다(
Lee et al. 2005). 춘천 내냉성검정 포에서 적고, 이삭추출도 등 내냉성형질을 평가하였다. 분석 결과, 이삭추출도(panicle exsertion)에 관여하는 유전자
pe1.2 가 1번 염색체에 위치한 RM472와 연관을 보였다(
Lee et al. 2005).
Fig. 1.Pedigree diagram of ‘Hwaweon 3’.
상기에서 얻은 BC1F7 집단 중 한 계통인 F112를 기본 계 통으로 선발하였다. F112는 pe1.2 유전자좌에서 이삭추출도 를 증진시키는 O. rufipogon의 대립유전자를 가지는 계통으 로 F112를 모본, 화영벼를 부본으로 2회 여교배를 실시하였 으며, 세대별 교잡 여부를 SSR (simple sequence repeat) 마 커로 확인하였다. 2003년 교잡된 BC3F1 개체를 자식시켜 2004년 BC3F2 계통을 확보하였고, BC3F3 계통을 포장에 전 개하여 출수기 등 작물학적 특성을 평가하였다. 2006년 BC3F3 계통 중에서 화영벼와 작물학적 특성이 유사한 계통 CR1112-5-2-1을 선발하였다. 선발된 계통을 2006년과 2007년에 충남 대학교 포장에서 생산력 검정을 실시한 결과 품종보호원 출 원 조건에 부합하여 ‘화원 3호’로 명명하였다.
SSR 마커를 이용하여 ‘화원 3호’에 이입된
O. rufipogon 의 염색체단편을 검정한 결과, 3개의 염색체단편이 탐지되었 는데, 이들은 각각 1번, 9번 및 12번 염색체의 SSR 마커 RM265, RM205 그리고 RM254 부근에 위치한 지역이었다 (Fig.
2).
Fig. 2.Graphical genotype of ‘Hwaweon 3’ using SSR markers. Gray region indicates the O. rufipogon introgressions on chromosomes 1, 9, and 11. The O. rufipogon allele at pe1.2 increased panicle exsertion in the cold-water irrigation plot in the Hwayeong background.
‘화원3호’는 화영벼와 근동질계통으로 출수기, 간장, 수장, 영색, 까락의 유무 등 육안으로 쉽게 관찰되는 특성에서는 차 이를 보이지 않으나 추출도, 적고 등 몇몇 형질에서 화영벼와 차이를 보였다. 화영벼와 ‘화원3호’가 이삭 추출도에서 보이 는 차이는 일반벼와 통일형 품종들이 저온 조건에서 보이는 정도로 크지는 않았다.
출수기 및 주요 농업적 특성
‘화원 3호’의 출수기는 보통기 보비재배에서 평균 8월 14 일로 화영벼와 동일한 중생종이며, 간장은 78 cm로 화영벼와 유사하였다. ‘화원 3호’의 이삭 길이는 21 cm로 화영벼 수준 이며, 주당수수, 수당립수도 유사한 값을 보였으나, 천립중은 화영벼보다 1 gr 정도 무거웠다(Table
1).
Table 1.Major agronomic traits and yield components. (RYT : ’06~’07)
Table 1.
|
Variety |
Heading date |
Culm length (cm) |
Panicle length (cm) |
Panicles per hill |
Spikelets per panicle |
Ratio of ripened grain (%) |
1,000 grain weight (g) |
|
|
Hwaweon 3 |
Aug.14 |
74 |
21 |
11 |
136 |
94.5 |
22.1 |
|
Hwayeong |
Aug.12 |
78 |
20 |
11 |
145 |
92.3 |
21.1 |
|
Differencez
|
ns |
ns |
ns |
ns |
ns |
ns |
ns |
병해충저항성
‘화원 3호’는 도열병, 흰잎마름병(K1, K2, K3)에 중강, 줄 무늬잎마름병에는 강하였으나 오갈병과 검은줄오갈병에는 약 하였고, 벼멸구 등 충해에도 약하였다(Table
2).
Table 2.Reaction to major diseases and insects pest. (NICS : ’06)
Table 2.
|
Variety |
Bacterial leaf blightz
|
Virus diseasez
|
BPHy
|
|
K1
|
K2
|
K3
|
Stripe |
Dwarf |
|
|
Hwaweon 3 |
R |
R |
R |
R |
S |
S |
|
Hwayeong |
R |
R |
R |
R |
S |
S |
도정 및 미질특성
‘화원 3호’의 도정특성은 화영벼와 비슷한 수준이며 쌀의 심복백도 화영벼처럼 거의 없는 편이다(Table
3). 아밀로스 함량과 알칼리 붕괴도도 화영벼와 유사한 값을 보였다.
Table 3.Milling properties and grain quality of ‘Hwaweon 3’. (NICS : ’06)
Table 3.
|
Variety |
Milling recovery (%)
|
Brown ricez
|
|
Brown/Rough |
Head rice ratio (%) |
WC/WB (0-9) |
Amylose content |
Protein content |
|
|
Hwaweon 3 |
82.0 |
83.2 |
1/1 |
20.3 |
6.7 |
|
Hwayeong |
80.7 |
83.6 |
1/1 |
20.3 |
6.2 |
생리장해 내성
2010~2012년간 춘천 내냉성검정포에서 ‘화원3호’와 화 영벼를 공시하여 출수기, 간장, 수수 그리고 이삭추출도 등을 조사하였다(Table
4). 15°C에서 10일간 처리후 조사한 발아 성 검정에서 ‘화원 3호’는 94%의 발아율을 보여 화영벼보다 높았으나 통계적인 유의차는 관찰되지 않았다. ‘화원 3호’는 출수지연일수, 간장단축율에서는 화영벼와 유사하였으나, ‘화 원 3호’는 화영벼에 비해 적고와 이삭추출도가 양호하였다. 특히 입수구에서 ‘화원 3호’의 추출도는 6 cm로 화영벼의 3.8 cm보다 추출도가 높았으며 이 차이는 통계적으로 유의하 였다. 배수구에서 두 품종간 이삭추출도는 통계적으로 유의한 차이을 보이지 않았다. 이는 염색체 1번에 이입된
O. rufipogon 염색체단편에 위치하는 유전자
pe1.2에 의한 효과로 판단되 며 추후 자세한 검토가 요구된다.
Table 4.Comparison of the cold tolerance traits between Hwaweon 3 and Hwayeong.
Table 4.
|
Variety |
Low temp. Germinabilityz
|
Cold tolerance
|
|
discoloration (0 - 9) |
Heading delay (days) |
Culm length reduction (%) |
Panicle exsertion (cm)
|
|
Inlet |
Outlet |
|
|
Hwaweon 3 |
94.0 |
1 |
10 |
12.3 |
6.0 |
6.2 |
|
Hwayeong |
88.0 |
3 |
9 |
13.0 |
3.8 |
5.7 |
|
Differencey
|
ns |
- |
ns |
ns |
*
|
ns |
수량성
‘화원 3호’의 정조 수량성은 ’06~’07년 2개년간 실시한 생산력검정 시험 결과 7.23 MT/ha로 화영벼와 비슷한 수준 이었다(Table
5)
Table 5.Summarized results of Replicated Yield Trials. (’06~’07)
Table 5.
|
Culture season |
Region |
No. of tested sites |
Grain yield of Hwayeong (MT/ha) (B) |
Grain yield of Hwaweon 3 (MT/ha)
|
|
’06 |
’07 |
Mean (A) |
Index (A/B) |
|
|
Ordinary planting |
Daejeon |
1 |
7.22 |
7.29 |
7.17 |
7.23 |
100 |
적 요
‘화원 3호’는 종간교잡을 통해 화영벼의 근동질계통을 육 성하고자 ‘97년 화영벼와 O. rufipogon을 교배하고, 계속적 인 여교배와 MAS를 병행 실시하여 CR1112-5-2-1 계통을 선발하였다. 생산력검정 시험 결과 조사 형질 중 이삭추출도, 적고를 제외한 기타 형질에서는 화영벼와 유사한 근동질계통 이었으며, 품종보호원 출원 조건에 부합하여 ‘화원 3호’로 명 명하고 품종보호원을 출원하였다. 출수기는 보통기재배에서 8월 14일로 화영벼와 동일한 중생종 품종이다. 천립중은 22.1 gr으로 화영벼보다 1 gr 정도 무겁다. 흰잎마름병과 줄무늬잎 마름병에는 저항성이나 충해에는 약하다. 도정 특성, 아밀로 스 함량은 화영벼와 비슷한 수준이었다. ‘화원 3호의 정조수 량은 ’06~’07년 2개년간 실시한 생산력검정 시험에서 평균 7.23 MT/ha로 화영벼와 유사하였다. ‘화원 3호’는 화영벼와 근동질계통으로 자포니카 계통의 내냉성을 증진시키는 중간 모본 그리고 내냉성 유전자의 특성 분석을 위한 육종재료로 이용될 수 있을 것이다.
사 사
본 논문은 농촌진흥청 연구사업 (과제명: 야생벼 유전자원 의 수량안정성 유전자 탐색 이용, 세부과제번호: PJ008136) 의 지원에 의해 이루어진 것임.
References
- 1. Brar DS, Khush G. Alien introgression in rice. Plant Mol. Biol 1997. 35: 35-47.
- 2. Jeung JU, Roh TW, Kang KH, Jeong JM, Kim MK, Kim YG. Genetic analysis on the bacterial blight resistance of Suweon 497, a rice breeding line developed through wide hybridization. Korean. J. Breed. Sci 2011a. 43: 81-91.
- 3. Jeung JU, Roh TW, Kang KH, Shin YS, Kim YG. Genetic analysis on the bacterial blight resistance from a wild relative, Oryza minuta. Korean. J. Crop Sci 2011b. 56: 124-133.
- 4. Ji SD, Yuan PR, Luo X, Lee HS, Ahn SN. Characterization of quantitative trait loci for number of primary branches in near-isogenic lines from a cross between the Oryza sativa cultivar ‘Hwayeongbyeo’ and the wild relative Oryza rufipogon. Plant Breed 2011. 131: 48-53.
- 5. Lee SJ, Oh CS, Suh JP, McCouch SR, Ahn SN. Identification of QTLs for domestication-related and agronomic traits in an Oryza sativa ×, O. rufipogon BC1F7 population. Plant Breed 2005. 124: 209-219.
- 6. McCouch SR, Sweeney M, Li J, Jiang H, Thomson M, Septiningsih E, Edwards J, Moncada P, Xiao J, Garris A, Tai T, Martinez C, Tohme J, Sugiono M, McClung A, Yuan L, Ahn SN. Through the genetic bottleneck O. rufipogon as a source of trait-enhancing alleles for O. sativa. Euphytica 2007. 154: 317-339.
Citations
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