A Brown Planthopper Resistant and High Grain Quality Rice Variety ‘Anmi’ Developed by Molecular Breeding Method

Jung-Pil Suh; Ji-Ung Jeung; Yeon-Gyu Kim; Kshirod K. Jena; Young-Chan Cho; Jeom-Ho Lee; Myeong-Ki Kim; Ha-Cheol Hong; Jong-Hee Lee; Jeong-Ju Kim; Im-Soo Choi; Eung-Gi Jeong; Hung-Goo Hwang; Sea-Kwan Oh; Chang-Ihn Yang; Mun-Sik Shin

doi:10.9787/KJBS.2014.46.2.152

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분자육종법을 이용한 벼멸구 저항성 고품질 자포니카 벼 신품종 ‘안미’ 육성

A Brown Planthopper Resistant and High Grain Quality Rice Variety ‘Anmi’ Developed by Molecular Breeding Method

Jung-Pil Suh¹, Ji-Ung Jeung^1,*, Yeon-Gyu Kim¹, Kshirod K. Jena², Young-Chan Cho¹, Jeom-Ho Lee¹, Myeong-Ki Kim¹, Ha-Cheol Hong¹, Jong-Hee Lee¹, Jeong-Ju Kim¹, Im-Soo Choi¹, Eung-Gi Jeong¹, Hung-Goo Hwang¹, Sea-Kwan Oh¹, Chang-Ihn Yang¹, Mun-Sik Shin¹

The Korean Journal of Breeding Science 2014;46(2):152-159.
Published online: May 31, 2014

DOI: https://doi.org/10.9787/KJBS.2014.46.2.152

^{1농촌진흥청 국립식량과학원,}

¹National Institute of Crop Science, RDA, Suwon 441-857, Republic of Korea

^{2국제미작연구소}

²International Rice Research Institute, Los Baños, Laguna, Philippines

*Corresponding author (E-mail: jrnj@korea.kr, Tel: +82-31-290-6728, Fax: +82-31-290-6730)

• Received: February 15, 2014 • Revised: March 24, 2014 • Accepted: March 25, 2014

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.

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‘Anmi’ is a new BPH (Brown planthopper) resistant japonica rice cultivar possessing the Bph18 gene derived from wild rice, Oryza australiensis and high yield potential with good grain quality. ‘Anmi’ was derived from a cross ‘Junam’ and ‘IR65482-7-216-1-2’ by a molecular marker assisted backcross breeding. The introgression line ‘IR65482-7-216-1-2’, the source of the Bph18 gene, was used as the donor parent for BPH resistance and ‘Junam’, a BPH-susceptible elite japonica cultivar with good grain quality, was used as the recurrent parent. ‘Anmi’ was developed by three times backcross the F1 plants with ‘Junam’. The heading date of ‘Anmi’ is August 15 in central plain area, which is 5 days later than that of ‘Hwaseong’. It has 77 cm in culm length, 21 cm in panicle length. The number of spikelets per panicle is more than that of ‘Hwaseong’ and 1,000 grain-weight of brown rice is 22.1 g which is less than 22.7 g of ‘Hwaseong’. Milled rice kernel of ‘Anmi’ is clear in appearance, low in amylase content and excellent in palatability of cooked rice. ‘Anmi’ shows resistance to BPH, leaf blast disease, bacterial blight, rice stripe disease but susceptible to other virus disease and insect pest. The milled rice yield performance of ‘Anmi’ is about 5.76 MT/ha in local adaptability test for three years. This cultivar is adaptable to central plain area of Korea.

서 언

벼멸구(Brown planthopper)는 한국 등 동남아시아지역의 여러 나라에서 발생하여, 벼 수량감소에 큰 피해를 주는 주요 해충 중의 하나다. 한국에는 해마다 중국으로부터 비래하여 벼의 등숙과 수량에 심각한 피해를 끼친다(Shin et al. 2011). 현재 우리나라에서의 벼멸구 방제는 화학약품에 의존하고 있 으나, 농약 비용절감과 친환경 재배 등을 위해서는 저항성 품 종의 육성이 요구된다. 우리나라에서는 ‘안다’ ‘삼강’ 등 통일 형 품종들에는 벼멸구저항성이 성공적으로 도입되었으나, 자 포니카 품종의 육성은 매우 미흡한 실정이다. 그 원인은 벼멸 구의 저항성원이 대부분 인디카 품종 혹은 야생벼에서 유래 하기 때문에 원연교잡을 이용한 자포니카 벼로의 저항원 이 전과정에서 농업적으로 열악한 형질들이 함께 이전되는 것을 들 수 있다(Kaneda 1984). 우리나라에서 육성된 자포니카 벼 멸구저항성 품종은 주로 bph2 유전자가 도입된 ‘화청’(1986 년 육성), ‘하남’(2005년 육성), ‘다청’(2009년 육성), ‘친농’ (2011년 육성) 등이 있고, ‘중모1006’은 Bph1 유전자가 도입 된 계통이다(2010년 육성). 최근에는 병해충 저항성 유전자와 밀접하게 연관된 분자표지를 이용한 선발을 통해 저항성유전 자를 신속하고 정확하게 이전할 수 있는 기술이 개발되었다. 이러한 방법은 생물검정의 어려움과 비용절감 등의 효과뿐 아니라, 저항성유전자와 밀접하게 연관된 열악형질을 제거하 면서 저항성유전자를 정확하게 도입하는데 효과적으로 이용 될 수 있다(Suh et al. 2011). 농촌진흥청 벼 품종개발연구팀 은 분자육종법을 이용한 고품질 복합내병충성 품종육성을 위 하여 국제미작연구소와의 협력연구를 통해 벼멸구저항성 유 전자인 Bph18 (Jena et al. 2006)을 ‘주남(2000년 육성)’에 여교잡하여 벼멸구, 흰잎마름병, 줄무늬잎마름병에 복합내병 충성인 고품질 벼 품종 ‘안미’를 육성하였고, 2010년 농촌진 흥청의 직무육성 신품종 선정위원회의 심의를 거쳐 중부지역 에 보급하게 되었다.

재료 및 방법

벼멸구 저항성 고품질 벼 품종을 육성하고자 벼멸구저항성 유전자 Bph18을 지니는 인디카 계통 ‘IR65482-7-216-1-2’을 공여친으로, 국내육성 고품질 품종인 ‘주남’을 반복친으로 하 는 여교잡 육종을 수행하였다. 여교잡 후대계통의 육성은 국 립식량과학원 답작과 계통포장(하계)과 세대단축온실(동계) 을 활용하였다. 벼멸구에 저항성이며 반복친 ‘주남’의 우수한 작물학적 특성을 견지하는 후대계통 선발효율성을 높이기 위 해 여교잡 후대개체들의 Bph18 유전자형과 출수기, 간장 등 주요 작물학적 표현형을 함께 고려하는 ‘Dual Selection’ (Suh et al. 2011)을 적용하였다. 즉, BC₁F₁~BC₃F₁ 세대에서는 공시된 (여)교잡후대 식물체들의 출수기와 간장 등 주요 작물 학적 특성이 반복친인 ‘주남’과 유사한 개체들을 미리 선정한 후, 분자표지를 적용하여 벼멸구 저항성유전자 Bph18의 유전 자형이 헤테로인 개체들을 추가 여교잡 후대작성을 위한 모 본으로 사용하였다. 벼멸구저항성 유전자 Bph18에 대한 여교 잡 후대개체들의 유전자형 판명에는 기 보고된 ‘7312.T4A’ (Jena et al. 2006)를 분자표지로 사용하였다(Fig. 1). DNA는 CTAB 방법(Murray & Thompson, 1980)을 약간 변형하여 추출하 였으며, 추출된 DNA는 5 ng/㎕로 희석하여 PCR 분석에 이 용하였다. PCR 반응 및 분자표지에 대응하는 유전자형 판정 은 Jena et al. (2006)에 의해 제시된 방법을 따랐다.

Fig. 1.

Application of the primer set 7312.T4A as the co-segregating DNA marker for Bph18 gene. A) Revealed genotypes of parental lines and the F1 progeny by the cleaved PCR products of 7312.T4A. The PCR amplicons were cleaved by an endonuclease, Hinf I before electrophoresis. B) Marker validity tests by using randomly selected survived F₂ individuals after infestation of Korean brown planthopper (BPH). Note that none of tested progeny has the genotype of recurrent parent, A. C) Marker assisted selection on the selected backcross progenies to identify heterogeneous individuals at the Bph18 locus. Capital letters A, B and H indicate the genotypes of the recurrent parent (Junam), Bph18 donor parent (IR65482-7-216-1-2) and F₁ or heterogeneous BC progenies at the Bph18 locus, respectively. M indicates DNA size marker.

BC₃F₁ 세대에서 Bph18에 대한 유전자형이 헤테로인 개체 들로부터 자가수정종자(BC₃F₂)를 확보하고 현미외관이 우수 한 개체를 선발하였다. 공시된 BC₃F₂ 계통 내에서 작물학적 표현형이 ‘주남’과 유사하면서 Bph18 유전자가 저항성 대립 인자로 고정된 개체들을 선발하였다. 이후 세대부터는 계통육 성법에 준하여 후대를 육성하고 선발하면서 벼멸구저항성 평 가와 함께 도열병 등 기타 병해충 저항성과 미질평가를 병행 하였다. 선발된 계통들의 벼멸구저항성을 평가하기 위한 생물 검정은 국립식량과학원 답작과에서 유지하고 있는 생태형 (Korean biotype)을 사용하였다. 반복친인 ‘주남’, 벼멸구저항 성 공여친 ‘IR65482-7-216-1-2’과 함께 감수성과 저항성 대 비 품종으로 통일계 품종인 ‘태백’과 ‘안다’를 함께 공시하여 후대계통들의 벼멸구저항성을 평가하였다. 검정상에서 4~5 엽기에 도달한 유묘당 5~7마리의 밀도로 2~3령기의 벼멸구 를 접종하여 감수성 대비품종이 완전히 고사하는 10~14일경 에 각 계통들의 저항성 수준을 판정하였다(Jena et al. 2006).

‘안미’의 지역적응 시험은 표준품종 ‘화성’과 함께 2008년 부터 2010년까지 3개년간 중부평야지 4개 지역에서 보통기 보비재배 조건에서 수행하였다(RDA 2008b, 2009, 2010). 각 지역에서 시험에 공시한 품종은 4월 25일에 파종하여 5월 25일에 이앙하였으며, 재식거리는 30 × 15 cm로 주당 3본씩 재식하였다. 시비량 및 질소 분시방법은 농촌진흥청 표준재배 법에 준하였고, 농업형질, 수량구성요소 및 수량성, 생리장해 및 병해충 저항성, 도정특성 조사는 농촌진흥청 신품종개발공 동연구사업 과제수행계획서 조사기준에 준하여 실시하였다 (RDA 2008a). ‘안미’와 표준품종 ‘화성’간의 조사평균값에 대한 유의성 검정은 SAS (Statistical Analysis System, V. 9.1, USA) 프로그램을 이용하였다.

결과 및 고찰

육성경위

‘안미’의 육성과정과 계통도는 Fig. 2와 Fig. 3에 제시된 바와 같다.

Fig. 2.

Pedigree diagram of ‘Anmi’.

Fig. 3.

Genealogical diagram of ‘Anmi’.

교배조합 선정 및 F1 작성

중부평야지에 적응하는 복합내병충성 고품질 벼 품종을 육 성하기 위해 줄무늬잎마름병과 흰잎마름병(K₁, K₂, K₃) 저항 성인 자포니카 고품질 품종 ‘주남’을 모본으로 하고, 야생벼 O. australiensis에서 유래한 벼멸구 저항성 유전자인 Bph18 을 보유하는 인디카 계통 ‘IR65482-7-216-1-2’ (Jena et al. 2006)을 부본으로 하는 인공교배를 2002 하계에 수행하여 교 배립을 확보하고 교배번호 ‘SR30071’을 부여하였다.

분자표지의 적합성 판정

Jena et al. (2006)은 국내육성 조생종 ‘진부’와 Bph18 공 여친인 ‘IR65482-7-216-1-2’간의 교잡후대집단을 이용한 유 전연구를 통해 Bph18유전자가 염색체 12번 장완에 위치함을 밝히고 최근접 분자표지로 ‘7312.T4A’를 보고한 바 있다. 해 당 분자표지를 ‘주남’에 적용한 결과 ‘진부’의 유전자형과 일 치하였으며, ‘주남’과 ‘IR65482-7-216-1-2’간 교잡의 F₁ 식물 체에서는 헤테로 상태로 존재하는 Bph18의 유전자형을 명확 히 구별할 수 있었다(Fig. 1A). F₁ 식물체의 자가수정종자(F₂ seeds)의 일부를 취해 벼멸구 검정을 수행하고 임의로 선택된 생존개체들의 유전자형을 판정한 결과, Bph18 유전자가 반복 친인 ‘주남’과 동일한 유전자형을 지닌 개체는 확인되지 않았다 (Fig. 1B). 이러한 결과에 의거하여 ‘주남’과 ‘IR65482-7-216-1-2’ 간 교잡후대에서 관찰되는 벼멸구 저항성의 분리양상은 우성 유전자인 Bph18에 의해 크게 지배되며, (여)교잡 후대개체들 의 유전자형 판정에 분자표지 ‘7312.T4A’를 유용하게 활용할 수 있음을 결론지을 수 있었다.

벼멸구 저항성 여교잡 후대 육성을 위한 분자표지와 표 현형 선발의 병용(Dual Selection)

2002/2003년 동계에 주의 F₁ 식물체들에 ‘주남’을 교잡하 여 200여개의 교배립을 확보하고 2003년 하계에 BC₁F₁ 집단 (Bulk)을 ‘주남’과 함께 공시하였다. 일차적으로 BC₁F₁개체 들의 간장, 출수기 등 주요 작물학적 특성을 관찰하여 반복친 인 ‘주남’과 유사한 20여 개체를 선정하였다. 선정된 개체들 로부터 DNA를 추출하고 분자표지 ‘7312.T4A’를 적용하여 Bph18의 유전자형이 헤테로인 개체들을 확인하였다(Fig. 1C). 벼멸구 저항성유전자가 헤테로로 판명된 개체들의 출수 기와 이삭모양 등의 작물학적 외관특성을 반복친과 재차 비 교하였으며, 최종적으로 ‘주남’과 가장 유사한 5개의 BC₁F₁ 개체들을 ‘주남’과의 교잡을 위한 모본으로 이용하여 200여 립의 BC₂F₁ 종자를 확보하였다. 2003/2004년 동계에 ‘주남’ 과 함께 BC₂F₁ 집단(Bulk)을 공시하고 분자표지와 표현형 선 발을 병용하는 ‘Dual Selection’을 수행하여 200여립의 BC₃F₁ 종자를 확보하였다. 2004년 하계에 전개된 BC₃F₁ 집단(Bulk) 내에서 관찰되는 작물학적 표현형 변이는 협소하였으며 전반 적으로 반복친인 ‘주남’과 유사하였다. 표현형 선발을 통해 40주의 유망개체를 선발하여 분자표지 ‘7312.T4A’를 적용한 결과 Bph18의 유전자형이 헤테로인 25개 개체를 확인하였다 (Fig. 2). 이들 개체들로부터 자가수정종자(BC₃F₂ seeds)를 확보하였으며 현미외관 평가를 통해 장폭비가 ‘주남’과 비슷 하면서 심백과 복백의 발현이 적은 9개 유망개체를 최종적으 로 선발하였다.

벼멸구 저항성이 고정된 여교잡 후대계통 선정과 세대 진전을 통한 유망계통 선발

2004년 하계에 선발된 9개 유망개체를 2004/2005년 동계 에 계통(BC₃F₂)으로 전개하였다. 계통당 10주씩 90개체를 공 시하고 모든 개체들로부터 DNA를 추출하여 벼멸구 저항성 유전자 Bph18의 유전자형을 분자표지 ‘7312.T4A’로 판정하 였다. 총 30개체들이 Bph18 공여친 ’IR65482-7-216-1-2’ 의 대립인자로 고정된 유전자형을 지니고 있었다. 벼멸구 저항성 유전자가 고정된 개체들로부터 자가수정종자(BC₃F₃ seeds)를 수확하여 벼멸구 검정을 수행한 결과, 모두 강한 저항성으로 판정되어 분자표지 ‘7312.T4A’의 적합성을 재 확인 할 수 있 었다. 2005년 하계에 이들 30개 BC₃F₃ 계통들이 공시되었으 며 이후부터는 계통육종법에 준하여 육성 선발하면서 주요 병해충, 내랭성 및 미질검정 등을 병행하여 실시하였다(Fig. 2). 2007~2008년 생산력 검정을 실시한 결과 중만생종으로 벼멸구, 줄무늬잎마름병 및 흰잎마름병(K₁, K₂, K₃)에 저항성 이며 직립이면서 숙색이 양호한 ‘SR30071BC3-3-3-3’ 계통을 선발하여 ‘수원523호’로 우량계통명을 부여하였다.

지역적응 시험에서 관찰된 ‘안미’의 주요특성

‘수원523’호는 2008년부터 2010년까지 3년간 지역적응시 험을 실시한 결과 벼멸구를 포함하는 복합내병충성이며 쌀 외관, 도정, 미질특성 및 밥맛이 양호한 계통으로 우수성이 인 정되어 2010년 12월 농촌진흥청의 농작물 직무육성 신품종 선정위원회에서 국가목록등재 품종으로 선정되어 ‘안미’로 명명하였다.

출수기 및 주요 농업적 특성

‘안미’의 출수기는 중부평야지 보통기 표준재배에서 평균 8월 15일로 ‘화성’보다 5일 늦은 중만생종이다. 간장은 77 cm로 ‘화성’보다 5 cm 짧고, 이삭길이는 21 cm, 포기당 이삭 수는 14개로 ‘화성’와 비슷하였다. 이삭당 벼알수는 130개로 ‘화성’보다 많았고, 등숙률은 75.1%로 ‘화성’보다 낮았으며, 현미 천립중은 22.1 g으로 중립종이다(Table 1).

Table 1

Major agronomic traits and yield componentsz

Table 1
Variety	Heading date	Culm length	Panicle length	No. of panicles/hill	No. of spikelets/panicle	Ratio of ripened grain	1,000-grain weight of brown rice
Variety	(mm.dd)	(cm)	(cm)	No. of panicles/hill	No. of spikelets/panicle	(%)	(g)

Anmi	8.15^b	77^a	21^a	14^a	130^b	75.1^a	22.1^a
Hwaseong	8.10^a	82^b	21^a	15^a	99^a	83.1^b	22.7^a

^zMeans with the same letter are not significantly different at P < 0.05 in the least significant difference test (LSD_0.05).

병해충 저항성

‘안미’의 벼멸구 저항성은 DNA마커검정으로 Bph18저항 성유전자가 도입된 것을 확인하였고, 동시에 생물검정을 통하 여 벼멸구에 강한 저항성 반응을 보이는 것을 확인하였다 (Fig. 3). 도열병저항성은 도열병 밭못자리 검정결과 전국 14 개소 중 12개소에서 중 이상의 저항성반응을 보였다(Table 2). 연계재배에 의한 도열병 내구저항성 검정에서 ‘안미’는 22개 대표균주들 중 친화성 균주가 8개였으며, 혼합접종에서 도열 병 내구성정도가 높았다. 벼 흰잎마름병 K₁, K₂, K₃레이스에 저항성이고, 벼줄무늬잎마름병에는 저항성이나 기타 바이러 스병 및 충에는 저항성이 없다(Table 2, 3).

Table 2

Resistance reaction to blast disease and bacterial blight

Table 2
Variety	Reaction at blast nursery testz			Neck blasty (%)		Bacterial blight
	No. of tested sites			Icheon	Jecheon	K₁	K₂	K₃	K_3a	Second Infection
	R (0~3)	M (4~6)	S (7~9)	Icheon	Jecheon	K₁	K₂	K₃	K_3a	(0~9)

Anmi	2	10	2	1.7	2.5	R	R	R	S	3
Hwaseong	0	9	5	2.5	4.5	S	S	S	S	8

^zN fertilizer of blast nursery test = 240 kg/ha

^yN fertilizer of neck blast = 220 kg/ha

R: resistance, M: moderately resistance, S: susceptible.

Table 3

Reaction to virus disease and insect pests

Table 3
Variety	Viral diseases			Resistance to insectsz
Variety	Stripe	Dwarf	Blackstreak dwarf	BPH	WBPH	SBPH

Anmi	R	S	S	R	S	S
Hwaseong	R	S	S	S	S	S

^zBPH (brown planthopper), WBPH (white-backed planthopper), SBPH (small brown planthopper)

R: resistance, S: susceptible.

생리장해 저항성

‘안미’는 노화묘 늦심기에서 불시출수가 없었고, 생육중 × 후기에 위조현상이 없으며, 수발아율은 ‘화성’보다 낮은 편이 었다(Table 4). 춘천 냉수처리 내랭성 검정에서 적고는 ‘화성’ 보다 강하나, 출수지연일수가 길고, 임실율이 ‘화성’보다 낮아 내랭성에 다소 약한 편이다(Table 4). 벼키가 ‘화성’보다 짧 고, 도복지수가 낮아서 도복에 강하게 나타났다(Table 5).

Table 4

Response to physiological and abiotic stresses

Table 4
Variety	Prema-ture heading	Occurrence of wilting	Leaf senescence at maturing	Cold tolerancey			Viviparous germination (%)
Variety	Prema-ture heading	Occurrence of wilting	Leaf senescence at maturing	Discolorationz (1~9)	Heading delay (day)	Grain fertility (%)	Viviparous germination (%)

Anmi	Tolerance	Tolerance	Slow	3	18	37	13.3
Hwaseong	Tolerance	Tolerance	Slow	4	12	54	30.1

^zEvaluation at maximum tillering stage (1: toterance; 9: susceptible)

^yCold tolerance was evaluated at cold-water (17°C) irrigation nursery in Chuncheon.

Table 5

Major characteristics related to lodgingz

Table 5
Variety	Plant height	Third internode length	Breaking strength	Lodging index	Lodging in the field
Variety	(cm)	(cm)	(g)	Lodging index	(1~9)

Anmi	97^a	10.4^a	583^a	226^a	1
Hwaseong	112^b	10.5^a	701^b	321^b	1

^zMeans with the same letter are not significantly different at P < 0.05 in the least significant difference test (LSD_0.05)

쌀 외관 및 도정 특성

‘안미’의 쌀알은 단원립이며, 외관 품위는 심복백이 거의 없이 맑고 깨끗하다. 알카리 붕괴도와 단백질 함량은 ‘화성’ 과 비슷하고, 아밀로스 함량은 낮은 편이며, 식미 관능검정에 서 밥맛은 ‘화성’보다 양호하였다(Table 6). ‘안미’의 제현율 과 현백률은 ‘화성’과 비슷하나, 완전미도정수율이 다소 낮았 다(Table 7).

Table 6

Grain quality of ‘Anmi’

Table 6
Variety	Brown rice			Translucency (1~9)	White belly/core	Alkali digestive value	Protein content	Amylose content	Palatability of cooked rice
	Length	Width	L/W		White belly/core	Alkali digestive value	Protein content	Amylose content	Palatability of cooked rice
	(mm)	(mm)	ratio		(0~9)	(1~7)	(%)	(%)	(-3~+3)

Anmi	4.89	2.66	1.85	1	0/0	6.6	6.9	18.0	0.15
Hwaseong	4.92	2.72	1.96	1	1/0	6.6	6.9	20.5	-0.60

Table 7

Milling properties of ‘Anmi’

Table 7
Variety	Brown rice			Head rice ratio (%)
Variety	Brown/rough	Milled/brown	Milled/rough	Head rice ratio (%)

Anmi	82.8	88.7	70.8	85.6
Hwaseong	83.0	87.8	72.9	88.0

수량성

‘안미’의 수량성은 2008년부터 2010년까지 3년간 실시한 지역적응시험 보통기 표준재배 4개소에서 5.76 MT/ha으로 ‘화성’보다 11% 증수하였다(Table 8).

Table 8

Milled rice yield of ‘Anmi’ at local adaptability test

Table 8
Culture season	Region	No.of testedsites	Milled rice yield (MT/ha)								Index (A/B)
			Anmi				Hwaseong
			’08	’09	’10	Ave. (A)	’08	’09	’10	Ave. (B)

Ordinary season culture	Middle plain	4	5.48	6.84	4.95	5.76	5.17	5.58	4.73	5.16	111

벼 신품종 육성을 위한 분자육종법의 효율성

최근 병해충 저항성뿐만 아니라 내재해성이 강화된 벼 우 량계통을 확보하기 위한 육종수단으로써 분자표지의 활용이 주목 받아오고 있다(Xiong et al. 1999, Jena et al. 2006, Suh et al. 2011). ‘안미’는 야생벼 O. australiensis에서 유래한 벼 멸구 저항성유전자 Bph18을 ‘주남’에 이전하여 확립된 벼 품 종이다. 기존의 육성된 병해충 저항성 벼 품종들과는 달리 ‘안미’는 우리나라에서 분자육종법이 실질적으로 적용되어 육성된 최초의 벼 품종이다. 분자육종의 효율성은 교잡후대에 서 관찰되는 표현형 분리양상과 분자표지에 의해 규명된 유 전자형의 분리양상 간의 일치성(co-segregation)에 의해 크게 지배되므로 목표유전자위에 대한 최근접 분자표지의 확보가 전제되어야 한다(Jena et al. 2006). 그러므로 선행연구를 통해 확보된 Bph18 유전자에 대한 최근접 분자표지 ‘7312.T4A’는 분리후대개체들에 대한 객관적인 선발지표 및 여교잡을 위한 교배친 선정과 벼멸구저항성이 고정된 후대계통 선발에 요구 되는 생물검정을 대치하는 수단 등으로 활용되어 벼멸구저항 성 벼 품종인 ‘안미’ 육성과정의 효율성과 신뢰성을 크게 향 상시켰다. (Fig. 4).

Fig. 4.

Reaction of ‘Anmi’, the advanced backcross breeding line with Bph18 gene, against Korean biotype of brown planthopper (BPH). CK: susceptible check cultivar (Taebaek), P1: recurrent parent (Junam), P2: Bph18 donor parent (IR65482-7-216-1-2).

‘안미’ 육성을 위해 인디카 계통인 ‘IR65482-7-216-1-2’가 Bph18유전자의 공여친으로 사용되었기 때문에 ‘주남’과의 교 잡후대에서 ‘linkage drag’에 의해 농업적으로 열악한 형질들 이 Bph18 유전자와 함께 이전된 개체들의 빈도가 높을 것으 로 예상되었다(Xiong et al. 1999). 그러므로 ‘안미’의 육성과 정에는 여교잡육종법을 적용하여 벼멸구저항성의 획득과 더 불어 반복친의 상품성 즉, 도복에 강하고 수량성과 미질이 양 호하며 흰잎마름병과 줄무늬잎마름병에 저항성인 ‘주남’의 작물학적 특성이 최대한 견지된 우량계통을 확보하고자 하였 다. 또한 계통육성과정에서의 선발효율성 높이기 위해 분자표 지의 운용과 더불어 표현형 선발을 함께 병행하는 ‘Dual Selection’을 수행함으로써 벼멸구저항성이며 반복친 ‘주남’ 의 주요 작물학적 특성이 견지된 벼 신품종 ‘안미’를 육성할 수 있었다.

적 요

‘안미’는 농촌진흥청 국립식량과학원과 국제미작연구소 간 의 협력으로 분자육종법을 이용하여 2010년에 육성한 중만생 고품질 복합내병충성 품종이다. 지역적응시험을 3개년(2008~ 2010)간 수행한 결과, ‘안미’는 중부평야지에서 보통기 보비 재배 시 출수기는 8월 15일로 ‘화성’보다 5일 늦은 중만생종 으로 쌀수량은 보통기 표준재배에서 5.76 MT/ha로 ‘화성’보 다 11% 증수되었다. ‘안미’는 ‘화성’에 비해 간장(77 cm)은 작고 수당립수는 많으나 등숙비율은 다소 낮았다. ‘안미’는 현미 장폭비가 1.84인 단원형이며 백미는 심복백 발현이 거 의 없어 맑고 투명하다. ‘안미’의 알카리 붕괴도와 단백질 함 량은 ‘화성’과 비슷하고 아밀로스 함량은 조금 낮았반면, 식 미평가에서 밥맛은 매우 양호하였다. ‘안미’의 재배시험 과정 중 위조현상은 관찰되지 않았으며 성숙기 하위엽 노화는 늦 은 편이었다. ‘안미’는 ‘화성’에 비해 수발아에 둔감하였고 내 랭성 평가 중 적고는 나타나지 않았으나 임실율은 다소 낮았 다. ‘안미’는 도열병, 벼흰잎마름병(K₁, K₂, K₃), 줄무늬잎마 름병 및 벼멸구에 강한 저항성을 발현하였다.

사 사

본 논문은 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ009325012014) 의 지원과 농림수산식품기술기획평가원 연구사업(과제번호: 408529-03-3-SB020)의 지원에 의해 이루어진 것임. 본 품종 을 육성함에 있어 협력하여 주신 농촌진흥청 국립식량과학원, 연구정책국, 농촌지원국 및 각도 농업기술원 관계관님께 깊은 감사를 드립니다.

References

1. Jena KK, Jeung JU, Lee JH, Choi HC, Brar DS. High-resolution mapping of a new brown planthopper (BPH) resistance gene, Bph18(t), and marker-assisted selection for BPH resistance in rice (Oryza sativa L.). Theor. Appl. Genet 2006. 112: 288-297.
Article
PubMed
PDF
2. Kaneda C. Studies on breeding japonica rice resistant to the brown planthopper, Nilaparvata lugens Stal. Bul. National Agr. Res. Cen 1984. 2: 1-74.
3. Murray M, Thompson W. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucl. Acid Res 1980. 8: 4321.
Article
PubMed
PMC
4. Shin MS, Kim WJ, Shin WC, Park HS, Seo CS, Choi IB, Ha KY, Kang HJ, Ko JK. Effect of brown planthopper resistance gene, Bph18 to yield components in rice. Kor. J. Breed. Sci 2011. 43: 56-61.
5. Suh JP, Yang SJ, Jeung JU, Pamplona A, Kim JJ, Lee JH, Hong HC, Yang CI, Kim YG, Jena KK. Development of elite breeding lines conferring Bph18 gene-derived resistance to brown planthopper (BPH) by marker-assisted selection and genome-wide background analysis in japonica rice (Oryza sativa L.). Field Crops Research 2011. 120: 215-222.
Article
6. RDA2008 Project plan for collaborative research program to develop new variety summer crop 2008a. 25-66.
7. RDA2008 Project report for collaborative research program to develop new variety summer crop 2008b. 9-181.
8. RDA2009 Project report for collaborative research program to develop new variety summer crop 2009. 13-208.
9. RDA2010 Project report for collaborative research program to develop new variety summer crop 2010. 5-175.
10. Xiong LZ, Liu KD, Dai XK, Xu CG, Zhang Q. Identification of genetic factors controlling domestication- related traits of rice using an F² population of a cross between Oryza sativa and O. rufipogon. Theor. Appl. Genet 1999. 98: 243-251.
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GWAS analysis reveals the genetic basis of blast resistance associated with heading date in rice
Seung Young Lee, Gileung Lee, Jiheon Han, Su-Kyung Ha, Chang-Min Lee, Kyeongmin Kang, Mina Jin, Jung-Pil Suh, Ji-Ung Jeung, Youngjun Mo, Hyun-Sook Lee
Frontiers in Plant Science.2024;[Epub] CrossRef
Association Analysis of Yield-Related Traits in Rice Following the Introduction of Brown Planthopper Resistant Genes
Jae-Ryoung Park, Jeonghwan Seo, Chang-Min Lee, Songhee Park, Mina Jin, Keon Mi Lee, O-Young Jeong, Jung-Pil Suh, Hyun-Su Park
Korean Journal of Breeding Science.2024; 56(4): 381. CrossRef
Breeding a Giant Embryo and Multi-disease-resistant Rice Cultivar, ‘Drimi4ho’
Eun-Gyeong Kim, Jae-Ryoung Park, Yoon-Hee Jang, Jae-Keun Sohn, Gang-Seob Lee, Kyung-Min Kim
Korean Journal of Breeding Science.2023; 55(1): 36. CrossRef
Effect of Resistance Genes on the Occurrence of Rice Undesirable Characters in a Wide Cross
Chang-Min Lee, Hyun-Su Park, Man-Kee Baek, Jung-Pil Suh, O-Young Jeong, Song-Joong Yun, Suk-Man Kim
Korean Journal of Breeding Science.2021; 53(4): 392. CrossRef
Development of a genome-wide InDel marker set for allele discrimination between rice (Oryza sativa) and the other seven AA-genome Oryza species
Sherry Lou Hechanova, Kamal Bhattarai, Eliza Vie Simon, Graciana Clave, Pathmasiri Karunarathne, Eok-Keun Ahn, Charng-Pei Li, Jeom-Sig Lee, Ajay Kohli, N. Ruaraidh Sackville Hamilton, Jose E. Hernandez, Glenn B. Gregorio, Kshirod K. Jena, Gynheung An, Sun
Scientific Reports.2021;[Epub] CrossRef
Identification of F3H, Major Secondary Metabolite-Related Gene That Confers Resistance against Whitebacked Planthopper through QTL Mapping in Rice
Eun-Gyeong Kim, Sopheap Yun, Jae-Ryoung Park, Kyung-Min Kim
Plants.2021; 10(1): 81. CrossRef
History and Results of Rice Breeding in Korea
Young-Chan Cho, Man-Kee Baek, Hyun-Su Park, Jun-Hyun Cho, Eok-Keun Ahn, Jung-Pil Suh, Ji-Ung Jeung, Jong-Hee Lee, Yong-Jae Won, Yoo-Chun Song, Eung-Gi Jeong, Bo-Kyeong Kim, Jeom-Ho Lee
Korean Journal of Breeding Science.2020; 52(S): 58. CrossRef
QTL Mapping of Grain Quality Traits Using Introgression Lines Carrying Oryza rufipogon Chromosome Segments in Japonica Rice
Yeo-Tae Yun, Chong-Tae Chung, Young-Ju Lee, Han-Jung Na, Jae-Chul Lee, Sun-Gye Lee, Kwang-Won Lee, Young-Hwan Yoon, Ju-Won Kang, Hyun-Sook Lee, Jong-Yeol Lee, Sang-Nag Ahn
Rice.2016;[Epub] CrossRef

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A Brown Planthopper Resistant and High Grain Quality Rice Variety ‘Anmi’ Developed by Molecular Breeding Method

Korean. J. Breed. Sci.. 2014;46(2):152-159. Published online June 30, 2014

DOI: https://doi.org/10.9787/KJBS.2014.46.2.152

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A Brown Planthopper Resistant and High Grain Quality Rice Variety ‘Anmi’ Developed by Molecular Breeding Method

Korean. J. Breed. Sci.. 2014;46(2):152-159. Published online June 30, 2014

DOI: https://doi.org/10.9787/KJBS.2014.46.2.152

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A New Large-Panicled Barnyard Millet Variety ‘Matnajik’ Developed by Mutation Breeding

A Brown Planthopper Resistant and High Grain Quality Rice Variety ‘Anmi’ Developed by Molecular Breeding Method

Fig. 1. Application of the primer set 7312.T4A as the co-segregating DNA marker for Bph18 gene. A) Revealed genotypes of parental lines and the F1 progeny by the cleaved PCR products of 7312.T4A. The PCR amplicons were cleaved by an endonuclease, Hinf I before electrophoresis. B) Marker validity tests by using randomly selected survived F2 individuals after infestation of Korean brown planthopper (BPH). Note that none of tested progeny has the genotype of recurrent parent, A. C) Marker assisted selection on the selected backcross progenies to identify heterogeneous individuals at the Bph18 locus. Capital letters A, B and H indicate the genotypes of the recurrent parent (Junam), Bph18 donor parent (IR65482-7-216-1-2) and F1 or heterogeneous BC progenies at the Bph18 locus, respectively. M indicates DNA size marker.

Fig. 2. Pedigree diagram of ‘Anmi’.

Fig. 3. Genealogical diagram of ‘Anmi’.

Fig. 4. Reaction of ‘Anmi’, the advanced backcross breeding line with Bph18 gene, against Korean biotype of brown planthopper (BPH). CK: susceptible check cultivar (Taebaek), P1: recurrent parent (Junam), P2: Bph18 donor parent (IR65482-7-216-1-2).

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

A Brown Planthopper Resistant and High Grain Quality Rice Variety ‘Anmi’ Developed by Molecular Breeding Method

Table 1

Major agronomic traits and yield componentsz

Variety	Heading date	Culm length	Panicle length	No. of panicles/hill	No. of spikelets/panicle	Ratio of ripened grain	1,000-grain weight of brown rice
Variety	(mm.dd)	(cm)	(cm)	No. of panicles/hill	No. of spikelets/panicle	(%)	(g)

Anmi	8.15^b	77^a	21^a	14^a	130^b	75.1^a	22.1^a
Hwaseong	8.10^a	82^b	21^a	15^a	99^a	83.1^b	22.7^a

Means with the same letter are not significantly different at P < 0.05 in the least significant difference test (LSD_0.05).

Table 2

Resistance reaction to blast disease and bacterial blight

Variety	Reaction at blast nursery testz			Neck blasty (%)		Bacterial blight
	No. of tested sites			Icheon	Jecheon	K₁	K₂	K₃	K_3a	Second Infection
	R (0~3)	M (4~6)	S (7~9)	Icheon	Jecheon	K₁	K₂	K₃	K_3a	(0~9)

Anmi	2	10	2	1.7	2.5	R	R	R	S	3
Hwaseong	0	9	5	2.5	4.5	S	S	S	S	8

N fertilizer of blast nursery test = 240 kg/ha

N fertilizer of neck blast = 220 kg/ha

R: resistance, M: moderately resistance, S: susceptible.

Table 3

Reaction to virus disease and insect pests

Variety	Viral diseases			Resistance to insectsz
Variety	Stripe	Dwarf	Blackstreak dwarf	BPH	WBPH	SBPH

Anmi	R	S	S	R	S	S
Hwaseong	R	S	S	S	S	S

BPH (brown planthopper), WBPH (white-backed planthopper), SBPH (small brown planthopper)

R: resistance, S: susceptible.

Table 4

Response to physiological and abiotic stresses

Variety	Prema-ture heading	Occurrence of wilting	Leaf senescence at maturing	Cold tolerancey			Viviparous germination (%)
Variety	Prema-ture heading	Occurrence of wilting	Leaf senescence at maturing	Discolorationz (1~9)	Heading delay (day)	Grain fertility (%)	Viviparous germination (%)

Anmi	Tolerance	Tolerance	Slow	3	18	37	13.3
Hwaseong	Tolerance	Tolerance	Slow	4	12	54	30.1

Evaluation at maximum tillering stage (1: toterance; 9: susceptible)

Cold tolerance was evaluated at cold-water (17°C) irrigation nursery in Chuncheon.

Table 5

Major characteristics related to lodgingz

Variety	Plant height	Third internode length	Breaking strength	Lodging index	Lodging in the field
Variety	(cm)	(cm)	(g)	Lodging index	(1~9)

Anmi	97^a	10.4^a	583^a	226^a	1
Hwaseong	112^b	10.5^a	701^b	321^b	1

Means with the same letter are not significantly different at P < 0.05 in the least significant difference test (LSD_0.05)

Table 6

Grain quality of ‘Anmi’

Variety	Brown rice			Translucency (1~9)	White belly/core	Alkali digestive value	Protein content	Amylose content	Palatability of cooked rice
	Length	Width	L/W		White belly/core	Alkali digestive value	Protein content	Amylose content	Palatability of cooked rice
	(mm)	(mm)	ratio		(0~9)	(1~7)	(%)	(%)	(-3~+3)

Anmi	4.89	2.66	1.85	1	0/0	6.6	6.9	18.0	0.15
Hwaseong	4.92	2.72	1.96	1	1/0	6.6	6.9	20.5	-0.60

Table 7

Milling properties of ‘Anmi’

Variety	Brown rice			Head rice ratio (%)
Variety	Brown/rough	Milled/brown	Milled/rough	Head rice ratio (%)

Anmi	82.8	88.7	70.8	85.6
Hwaseong	83.0	87.8	72.9	88.0

Table 8

Milled rice yield of ‘Anmi’ at local adaptability test

Culture season	Region	No.of testedsites	Milled rice yield (MT/ha)								Index (A/B)
			Anmi				Hwaseong
			’08	’09	’10	Ave. (A)	’08	’09	’10	Ave. (B)

Ordinary season culture	Middle plain	4	5.48	6.84	4.95	5.76	5.17	5.58	4.73	5.16	111

Table 1 Major agronomic traits and yield componentsz
z

Means with the same letter are not significantly different at P < 0.05 in the least significant difference test (LSD_0.05).

Table 2 Resistance reaction to blast disease and bacterial blight
z

N fertilizer of blast nursery test = 240 kg/ha

N fertilizer of neck blast = 220 kg/ha

R: resistance, M: moderately resistance, S: susceptible.

Table 3 Reaction to virus disease and insect pests
z

BPH (brown planthopper), WBPH (white-backed planthopper), SBPH (small brown planthopper)

R: resistance, S: susceptible.

Table 4 Response to physiological and abiotic stresses
z

Evaluation at maximum tillering stage (1: toterance; 9: susceptible)

Cold tolerance was evaluated at cold-water (17°C) irrigation nursery in Chuncheon.

Table 5 Major characteristics related to lodgingz
z

Means with the same letter are not significantly different at P < 0.05 in the least significant difference test (LSD_0.05)

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분자육종법을 이용한 벼멸구 저항성 고품질 자포니카 벼 신품종 ‘안미’ 육성

A Brown Planthopper Resistant and High Grain Quality Rice Variety ‘Anmi’ Developed by Molecular Breeding Method

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