KR101388950B1 - 빨간 브라시카 라파 식물 및 이의 육종 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모본 식물 브라시카 라파 (Brassica rapa. L)(2n=20, AA)와 부본 식물 브라시카 올레라체아 (Brassica oleracea. L)(2n=18, CC)의 종간 교잡으로 수득된 빨간 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물체 및 이의 종자, 모본 식물 브라시카 라파와 부본 식물 브라시카 올레라체아를 교배하여 안토시아닌이 발현되는 빨간 브라시카 라파 식물을 생산하는 방법, 상기 방법으로 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체, 이의 종자, 화분 및 배주를 제공한다.

Description

빨간 브라시카 라파 식물 및 이의 육종 방법 {Brassica rapa. L plant with red color and method for breeding the same}
본 발명은 빨간 브라시카 라파 식물 및 이의 육종 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모본 식물 브라시카 라파 (Brassica rapa. L)(2n=20, AA)와 부본 식물 브라시카 올레라체아 (Brassica oleracea. L)(2n=18, CC)의 종간 교잡으로 수득된 빨간 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물체 및 이의 종자, 모본 식물 브라시카 라파와 부본 식물 브라시카 올레라체아를 교배하여 안토시아닌이 발현되는 빨간 브라시카 라파 식물을 생산하는 방법, 상기 방법으로 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체, 이의 종자, 화분 및 배주에 관한 것이다.
십자화과 (family Brassicaceae)의 브라시카 속 (genus Brassica)에 속하는 종들은 식용유나 채소의 공급원으로 전 세계적으로 재배되는 주요 채소 작물이다. 브라시카 속에는 단일 유전체 2배체 (mono genomic diploid)인 브라시카 라파 (B. rapa L., 2n=20, AA)와 브라시카 올레라체아 (B. oleracea L., 2n=18, CC)와 브라시카 니그라 (B. nigra (L.) Koch, 2n=16, BB)라는 3가지 종이 있다. 이들 3가지의 2배체 종들 간의 자연적인 교배를 통해 진화된 복유전체 이질4배체 (digenomic allotetraploid)는 우장춘의 트라이앵글로 널리 알려져 있으며, 브라시카 나푸스 (B. napus L., 2n=38, AACC), 브라시카 준시아 (B. juncea (L.), 2n=36, AABB) 및 브라시카 카리나타 (B. carinata A.Braun, 2n=34, BBCC) 3가지가 있다.
브라시카 라파 (B. rapa L.) 종에는 배추, 박쵸이, 경수채, 순무, 다채 등의 작물들이 있고, 브라시카 올레라체아 (B. oleracea L.) 종에는 녹색 양배추, 빨간 양배추, 브로콜리, 콜라비, 콜리플라워 등의 작물들이 있는데 이 작물들은 세계적으로 재배와 소비가 많아 경제적으로 그 가치가 큰 작물들이다.
근래에 들어서는 채소나 과일에 함유되어 있는 기능성 물질의 효능에 관한 연구가 많이 보고되고 있고 이와 더불어 기능성 채소에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 서양에서 3대 건강 채소로 여겨지는 브라시카 올레라체아 식물인 빨간 양배추는 광을 접하는 외엽뿐만아니라 결구된 내엽까지도 자색 내지 진한 붉은색을 띠는데 이는 안토시아닌 색소의 축적에 의한 것이다. 안토시아닌 색소는 항산화물질로 널리 알려져 있으며 이 성분은 피를 맑게 하고 콜레스테롤 수치 개선, 심장병 및 뇌졸중 등 성인병과 암 예방에 효과가 있는 것으로 보고되고 있다.
빨간 양배추의 안토시아닌 색소의 발현에는 2개의 유전인자가 주로 관여한다고 알려져 있다. C와 C-2 유전자좌의 경우 유전자가 둘 다 우성일 경우에만 안토시아닌이 발현되며, 둘 중 하나라도 열성인 c나, c-2일 경우에는 안토시아닌이 발현되지 않아서 녹색 양배추가 된다. 식물체 내에서 안토시아닌이 발현되는 부위를 결정하는 A 유전자좌에는 줄기, 엽병, 중륵, 엽신 등 주요 부위의 안토시아닌 발현을 조절하는 우성의 CRC 유전자와 특정부위의 발현을 조절하는 적어도 4개 이상의 대립유전자가 있다고 보고되었다 (J.R.Baggett, 1978, Euphytica 27:593~599).
아시아 국가들에서는 양배추보다 브라시카 라파 (B. rapa L., 2n=20, AA) 식물의 대표 작물인 배추의 소비가 월등히 높으며, 빨간 양배추처럼 안토시아닌 함량이 높은 빨간 배추의 필요성이 증가하고 있다. 브라시카 라파 (B. rapa L., 2n=20, AA) 식물 중 자색이나 붉은색을 띠는 작물로는 중국의 홍채심, 보라색 순무, 자색 박쵸이 (Pak choi) 등이 있으나 빨간색의 발현이 미미한 수준이며, 광을 접하는 부위에서만 빨간색이 약간 발현되고 광을 접하지 못하는 속잎은 빨간색이 발현되지 않는 유전적 특성을 나타낸다. 그리고 저온에서는 약간의 적색을 보이나 여름의 고온에서는 빨간색이 거의 나타나지 않는 단점을 가지고 있다. 또한, 중국의 홍채심, 보라색 순무, 자색 박쵸이의 안토시아닌 유전자를 배추에 도입하였으나, 안토시아닌의 발현이 미미하여 빨간 양배추처럼 안토시아닌 함량이 높은 빨간 배추의 특성이 나타나지 않았다.
한편, 한국등록특허 제0876970호에는 '신종식물 홍쌈추 및 그 육종 방법'이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2005-0026012호에는 '근류병에 내성이 있는 브라시카 올레라체아 식물'이 개시되어 있다. 그러나 본 발명에서와 같이 빨간 브라시카 라파 식물 및 이의 육종 방법에 대해서는 개시된 바가 전혀 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 브라시카 올레라체아 (Brassica oleracea. L) 식물인 빨간 양배추와 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물인 배추를 교배하여 종간 잡종 식물체를 만들고, 종간잡종 식물체에 배추를 연속 여교배 (backcross)하여 안토시아닌이 발현되는 브라시카 라파 식물체인 빨간 배추를 생산하였으며, 생산된 빨간 배추의 결구 형태 및 크기가 일반 배추와 동일하고, 배추와의 교배임성이 완전히 회복된 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 모본 식물 브라시카 라파 (Brassica rapa. L)(2n=20, AA)와 부본 식물 브라시카 올레라체아 (Brassica oleracea. L)(2n=18, CC)의 종간 교잡으로 수득된 빨간 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물체 및 이의 종자를 제공한다.
또한, 본 발명은 모본 식물브라시카 라파와 부본 식물 브라시카 올레라체아를 교배하여 종간잡종 4배체 식물체를 생산하고, 수득된 종간잡종 4배체 식물체를 부본으로 하여 연속 여교배 (backcross)하는 단계를 포함하는 안토시아닌이 발현되는 빨간 브라시카 라파 식물을 생산하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체, 이의 종자, 화분 및 배주를 제공한다.
본 발명에 따르면, 항산화 물질인 안토시아닌이 다량 함유된 빨간 브라시카 라파 식물체는 아시아 국가에서 소비가 많은 기존의 브라시카 라파 식물체를 대체할 수 있으며, 시각적, 기능적, 경제적으로 가치가 높아 매우 유용할 것으로 기대된다.
도 1은 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물인 배추와 브라시카 올레라체아 (Brassica oleracea. L) 식물인 빨간 양배추의 종간 교잡을 통해 안토시아닌 발현 유전자가 브라시카 라파 식물인 배추로 도입되는 과정을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 사용된 안토시아닌 발현 유전자를 갖는 빨간 양배추의 사진이다.
도 3은 녹색 배추 (좌)와 발명된 빨간 배추 (우)의 크기 및 외형을 보여주는 전체 사진이다.
도 4는 녹색 배추 (좌)와 발명된 빨간 배추 (우)의 절단된 내부 사진이다.
도 5는 녹색 배추 (좌)와 발명된 빨간 배추 (우)의 엽을 각각 펼친 사진이다.
도 6은 형태적으로 차이가 없는 녹색 배추 (좌)와 발명된 빨간 배추 (우)의 꼬투리 사진으로 녹색 배추와 빨간 배추의 교배에서 종자가 정상적으로 형성되는 것을 보여준다.
도 7은 배추에 도입된 안토시아닌 발현 유전자의 배추에서의 유전양식을 확인하는 분석표이다. 브라시카 라파 식물로 도입된 안토시아닌 발현 유전자가 단인자 우성으로 작용하는 유전양식을 보여준다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모본 식물 브라시카 라파 (Brassica rapa. L)(2n=20, AA)와 부본 식물 브라시카 올레라체아 (Brassica oleracea. L)(2n=18, CC)의 종간 교잡으로 수득된 빨간 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물체 (수탁번호: KCTC 12245BP)를 제공한다.
본 발명에서 염색체 수가 다른 모본 식물 브라시카 라파 (2n=20, AA)와 부본 식물 브라시카 올레라체아 (2n=18, CC)의 종간 교잡은 배주 배양 (ovule culture)을 통한 배 회생 (embryo rescue) 방법으로 수행될 수 있다. 배주 배양은 주로 같은 속내의 종간 교잡시에 자주 발생하는 배의 생육정지 현상을 피하기 위해 사용되는 배양법이며, 수정 직후 배의 퇴화가 일어나기 전에 배주를 꺼내어 인공배지에서 배양하는 방법을 말한다.
본 발명에서 모본 식물로 사용된 브라시카 라파 식물체는 배추 (Brassica rapa ssp. pekinensis, Chinese cabbage), 순무 (Brassica rapa ssp. rapifera, Turnip), 박쵸이 (Brassica rapa ssp. chinensis, Pak choi), 경수채 (Brassica rapa ssp. laciniifolia, Mizuna), 다채 (Brassica rapa ssp. narinosa, Tatsoi), 순무유채 (Brassica rapa ssp. oleifera, Turnip rape, Toria), 미부나 (Brassica rapa ssp. japonica, Mibuna), 소송채 (Brassica rapa ssp. perviridis, Komatsuna) 또는 채심 (Brassica rapa ssp. parachinensis, Choi sum)일 수 있으며, 바람직하게는 배추일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체는 빨간 배추일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체는 단인자, 우성의 안토시아닌 발현 유전자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 상기 빨간 브라시카 라파 식물체의 종자를 제공한다.
또한, 본 발명은 (1) 브라시카 라파 식물 (2n=20, AA)을 모본으로 하고, 브라시카 올레라체아 식물 (2n=18, CC)을 부본으로 하여 교배하는 단계;
(2) 상기 (1) 단계의 교배에 의해 생산된 배주 (ovule)를 배양하여 배를 회생 (embryo rescue)한 후, 종간잡종 식물체 (2n=19, AC)를 수득하는 단계;
(3) 상기 (2) 단계의 종간잡종 식물체 (2n=19, AC)에 콜히친 (Colchicine)을 처리하여 종간잡종 4배체 식물 (4n=38, AACC)를 수득하는 단계; 및
(4) 브라시카 라파 식물을 모본으로 하고, 상기 (3) 단계에서 수득된 종간잡종 4배체 식물을 부본으로 하여 연속 여교배 (backcross)하는 단계를 포함하는, 안토시아닌이 발현되는 빨간 브라시카 라파 식물을 생산하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체의 자가수분을 통해 동형접합체 또는 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체 간의 교배를 통해 동형접합체 또는 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체와 브라시카 라파 식물체의 교배를 통해 생산된 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서 모본 식물로 사용된 브라시카 라파 식물체는 배추, 순무, 박쵸이, 경수채, 다채, 순무유채, 미부나, 소송채, 채심일 수 있으며, 바람직하게는 배추일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 수득된 동형접합체 또는 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 수득된 동형접합체 또는 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체의 종자, 화분 및 배주를 제공한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다
실시예 1. 배추와 빨간 양배추의 종간 교잡에 의한 안토시아닌 발현 유전자의 도입
1. 종간 잡종 4배체 (F1) 식물
모본으로 브라시카 라파 식물인 배추 (2n=20, AA) '불암3호'와 부본으로 브라시카 올레라체아 식물인 빨간 양배추 (2n=18, CC) '레드루키'를 사용하여 뇌수분 (bud pollination)을 실시하였다. 수분 후 10일경 배주 배양을 수행하여 배를 회생시켰고 종간 잡종 식물체 (2n=19, AC)를 얻었다. 이 종간 잡종 식물체의 생장점에 0.3% 콜히친 (colchicine)을 처리하여 얻어진 종간 잡종 4배체 식물 (4n=38, AACC, F1)의 잎이 붉은색을 나타내며, 화기에서는 풍부한 화분이 생성되는 것을 확인하였다.
2. BC1 식물
배추를 모본으로 하고 배주 배양으로 유기된 종간 잡종 4배체 식물 (F1)을 부본으로 하여 뇌수분을 수행한 결과, 약 400개의 종자 (BC1)를 얻을 수 있었다. 배추와 F1 식물의 여교배 (backcross)는 염색체의 수가 20 내지 39로 이수성이기 때문에 교배 임성 (fertility)이 매우 낮았으며, 생산된 종자 충실도 및 발아율도 매우 낮았다. 발아된 BC1 식물체 중에서 안토시아닌이 발현되어 빨간색을 나타내는 식물체는 9 개체였고, 9 개체의 식물 중 화분이 정상적으로 생성되는 식물체는 6 개체였다.
3. BC2 및 BC3 식물
배추를 모본으로 하고 안토시아닌이 발현되는 BC1 식물 6 개체를 부본으로 뇌수분을 수행하여 약 300개의 종자 (BC2)를 얻을 수 있었다. BC2의 교배 임성은 매우 낮았으며, 생산된 종자의 충실도 및 발아율도 매우 낮았다. 발아된 BC2 식물체들 중 안토시아닌이 발현되는 식물체는 21 개체였으며, 표현형이 각각 다르게 나타났다. 다시 배추를 모본으로 하고 BC2 식물체를 교배하여 약 500개의 종자 (BC3)를 얻었다. BC3의 종자는 충실도 및 발아율이 다소 높아졌으며, 발아된 BC3 식물체 중에서 안토시아닌이 발현되는 식물체는 97 개체였다. 이들 중 안토시아닌이 강하게 발현되는 개체는 35 개체였으며, 표현형은 각각 다르게 나타났다.
4. BC4 및 BC5 식물
배추를 모본으로 하고 안토시아닌이 강하게 발현되는 BC3 식물 35 개체를 부본으로 하여 교배를 수행한 결과, 일부에서 교배 임성이 높아졌고, 각각의 조합에서 20 내지 100개의 종자 (BC4)를 얻을 수 있었다. 그러나 이 종자들도 충실하지 못한 종자가 많았으며 발아율도 높지 않았다. BC4 식물체 중에서 배추와 유사한 표현형을 나타내는 빨간 개체를 선발하고, 배추와 여교잡하여 BC5 종자를 얻었다. BC4의 여교잡시에는 임성이 회복되어 충분한 수의 BC5 종자를 얻을 수 있었고, 종자의 충실도 및 발아율이 높아졌다.
5. BC6 및 BC7 식물
빨간색이 강하게 나타나며, 배추와 표현형이 유사한 개체 (BC5)를 선발하고 배추에 여교잡하여 BC6를 얻었고, 다시 여교잡하여 BC7 종자를 얻었다. BC6의 여교잡시에는 임성이 완전히 회복되어 BC7 종자의 생산량 및 충실도는 일반 배추와 유사한 수준이었고, 식물체의 특성도 배추와 매우 유사했다. 도 1에 본 발명의 빨간 브라시카 라파 식물의 육성 도표를 도시하였다.
실시예 2. 채종 시험 및 특성 시험
배추와 동일한 표현형적 특성을 나타내며 안토시아닌을 발현하는 BC7에서 선발된 개체들은 2세대 자가 수분하였고, 모든 식물체가 빨간색인 계통들을 선발하여 증식시켰다. 이 계통들은 CMS (Cytoplasmic male sterility) 배추 모본과의 채종 시험에서 부본으로 사용되었다. 채종 시험 결과, 빨간 배추는 일반 배추의 채종 능력과 동일한 수준의 생산성을 보여주었다. 채종된 종자는 시험 재배되었고, 재배된 빨간 배추는 일반 배추와 비교하여 특성이 분석되었다. 빨간 배추는 일반 배추와 유사한 크기 및 결구 형태를 나타내며 (도 3), 내부까지 빨간색을 띠는 것이 확인되었다 (도 4). 도 5는 결구된 배추의 엽을 펼친 사진으로 전면부의 엽과 엽병이 빨간색을 띠는 것을 보여준다. 빨간 배추의 빨간색은 안토시아닌의 축적에 따른 것으로 안토시아닌의 전구 물질인 시아니딘 (cyanidine)의 함량은 14.84 ug/g으로 측정되었다.
실시예 3. 브라시카 라파 식물에 도입된 안토시아닌 발현 유전자의 유전분석
종간 잡종 세대 (F1)에서는 빨간색이 발현되었고, 여교잡으로 생산된 이형접합체인 BC1~BC7 세대에서는 빨간색 개체와 녹색 개체가 분리되었는데, 이는 빨간색을 발현하는 유전자가 우성으로 작용한다는 것을 보여주며, 빨간 양배추에서 빨간색을 발현하는 유전자가 우성으로 작용하는 유전양식과 같았다. 또한, 동형접합체의 녹색 배추와 동형접합체의 빨간 배추를 교배한 세대 (F1')에서 모든 개체가 빨간 배추의 특성을 보여 도입된 유전자가 우성으로 작용한다는 것을 확인하였다. 녹색 배추와 F1'의 교배를 통해 생산된 F2' 집단은 빨간 배추와 녹색 배추의 분리비가 3:1로 나타났으며, 녹색 배추와 F1'를 교배한 BC1' 집단은 빨간 배추와 녹색 배추의 분리비가 1:1로 나타났다. 이는 빨간 양배추에서 도입된 안토시아닌 발현 유전자가 배추에서 단인자 우성으로 작용한다는 것을 보여준다 (도 7).
한국생명공학연구원 KCTC12245BP 20120718

Claims (18)

  1. 모본으로 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물인 배추(2n=20, AA) 불암3호와 부본으로 브라시카 올레라체아 (Brassica oleracea. L) 식물인 빨간 양배추(2n=18, CC) 레드루키의 종간 교잡으로 수득된, 수탁번호 KCTC 12245BP인 빨간 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 빨간 브라시카 라파 식물체는 빨간 배추인 것을 특징으로 하는 수탁번호 KCTC 12245BP인 빨간 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물체.
  4. 삭제
  5. 제1항의 수탁번호 KCTC 12245BP인 빨간 브라시카 라파 (Brassica rapa. L) 식물체의 종자.
  6. (1) 브라시카 라파 식물 (2n=20, AA)을 모본으로 하고, 브라시카 올레라체아 식물 (2n=18, CC)을 부본으로 하여 교배하는 단계;
    (2) 상기 (1) 단계의 교배에 의해 생산된 배주 (ovule)를 배양하여 배를 회생 (embryo rescue)한 후, 종간잡종 식물체 (2n=19, AC)를 수득하는 단계;
    (3) 상기 (2) 단계의 종간잡종 식물체 (2n=19, AC)에 콜히친 (Colchicine)을 처리하여 종간잡종 4배체 식물 (4n=38, AACC)를 수득하는 단계; 및
    (4) 브라시카 라파 식물을 모본으로 하고, 상기 (3) 단계에서 수득된 종간잡종 4배체 식물을 부본으로 하여 연속 여교배 (backcross)하는 단계를 포함하는, 안토시아닌이 발현되는 빨간 브라시카 라파 식물을 생산하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체의 자가수분을 통해 동형접합체 또는 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체를 생산하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체 간의 교배를 통해 동형접합체 또는 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체를 생산하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 생산된 빨간 브라시카 라파 식물체와 브라시카 라파 식물체의 교배를 통해 생산된 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체를 생산하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 모본 식물은 배추, 순무, 박쵸이, 경수채, 다채, 순무유채, 미부나, 소송채 또는 채심인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득된 동형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체.
  12. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득된 이형접합체의 빨간 브라시카 라파 식물체.
  13. 제11항에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체의 종자.
  14. 제11항에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체의 화분.
  15. 제11항에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체의 배주.
  16. 제12항에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체의 종자.
  17. 제12항에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체의 화분.
  18. 제12항에 따른 빨간 브라시카 라파 식물체의 배주.
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