KR20110055855A - 고추의 유전자적 웅성불임 유전자 msk 연관 분자표지를 이용한 새로운 고추 계통 육성 방법 - Google Patents

고추의 유전자적 웅성불임 유전자 msk 연관 분자표지를 이용한 새로운 고추 계통 육성 방법 Download PDF

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KR20110055855A
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이준대
윤재복
한정헌
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(주)고추와 육종
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Abstract

고추 신품종 개발에서 잡종강세 육종에 의한 일대잡종 종자생산 방법 가운데 하나는 유전자적 웅성불임(GMS)을 이용하는 것이다. 본 발명은 유전자적 웅성불임 유전자 가운데 일대잡종 고추종자 생산을 위해 가장 널리 사용되고 있는 엠에스케이(ms k ) 유전자와 연관된 분자표지를 이용하여 엠에스케이(ms k ) 유전자좌의 유전자형을 판별과 선발을 통해 새로운 고추 계통 및 품종 육성을 단기간에 수행할 수 있는 방법과 전략에 관한 것이다.
국내에서는 일대잡종 고추종자를 생산하기 위해서 주로 세포질웅성불임성(CMS, cytoplasmic male sterility)을 이용하고 있지만, 세포질웅성불임 형질이 불안정한 신미대과종이나 피망류 등과 같은 고추에서는 세포질웅성불임 대신 유전자적 웅성불임성(GMS, genic male sterility)을 잡종종자 생산에 이용하고 있다. 유전자적 웅성불임을 이용할 경우, 다양한 종류의 세포질과 부계를 사용할 수 있고, 웅성불임성이 상당히 안정하며, 세포질웅성불임을 사용하는 것보다 상대적으로 품종 육종을 위한 기간이 짧다는 장점이 있다. 그러나 유전자적 웅성불임 유전자가 도입된 새로운 모계를 육성하기 위해서는 여교잡 육종법을 사용하는데, 고추에서 보고된 모든 유전자적 웅성불임 유전자가 열성이기 때문에 여교잡과 자가수정을 번갈아 수행해야 한다. 이는 반복친으로의 회복속도를 늦추기 때문에 육종연한이 길어지게 되고 결과적으로 신품종 육성에 필요한 비용이 증가된다.
본 발명에서는 동형접합체(Ms k Ms k )와 이형접합체(Ms k ms k )를 구분할 수 있는 엠에스케이(ms k ) 연관 분자표지를 사용하여 새로운 계통 및 품종을 개발하는 전략에 관한 것이다.
본 발명의 엠에스케이(ms k ) 연관 분자표지를 새로운 웅성불임친을 개발에 사용하면 분리집단에서 웅성 가임의 동형접합체와 이형접합체를 쉽게 구분할 수 있어 후대를 검정을 할 필요가 없으며, 이는 기존의 전통적인 육종 방법에 비하여 웅성불임친 육종연한을 획기적으로 단축시킬 수 있는 방법이다. 또한 육종연한 단축뿐만 아니라 적은 노동력 투입과 육종에 필요한 포장 사용량 감소 등에 따른 육종비용 절감 효과가 매우 클 것으로 판단된다.
고추, 일대잡종종자, 에프원, 채종, 유전자적 웅성불임성, 지엠에스, 분자표지, 마커, 에이에프엘피, 캡스

Description

고추의 유전자적 웅성불임 유전자 msk 연관 분자표지를 이용한 새로운 고추 계통 육성 방법{Method for breeding of new pepper inbreds using the marker linked to msk gene for genic male sterility}
본 발명은 유전자적 웅성불임 유전자 가운데 일대잡종 고추종자 생산을 위해 국내에서 가장 널리 사용되고 있는 엠에스케이(ms k ) 유전자와 연관된 분자표지를 이용하여 엠에스케이(ms k ) 유전자좌의 유전자형을 판별과 선발을 통해 새로운 고추 계통 및 품종 육성을 단기간에 수행할 수 있는 방법과 전략에 관한 것이다.
우리나라와 미국을 비롯하여 유럽의 많은 농업선진국의 재배용 고추는 대부분 교잡육종법과 잡종강세육종법을 이용한 일대잡종 품종(F1)이며, 이들 품종의 종자생산(채종)을 위해서는 제웅교배 및 웅성불임성이 이용 되고 있다. 제웅교배를 이용한 일대잡종(F1) 종자 생산에는 많은 노동력과 비용이 소요 되어 채종 경제성이 낮지만 여러 가지 제한 요인 때문에 웅성불임성 사용이 곤란한 경우이거나 웅성불임성을 이용한 채종 기술이 확립되지 못한 후진 농업 국가에서는 아직까지도 이 방법이 성행하고 있다.
국내에서 시판되는 거의 대부분의 고추 종자는 잡종강세를 이용한 일대잡종 종자이다. 일대잡종 고추종자를 대량으로 생산하기 위해 사용되는 방법은 크게 웅성불임성을 이용하는 방법과 모친의 수술을 제거한 후 부친의 꽃가루를 인위적으로 묻혀주어 수정하는 직접 인공교잡법이 있다. 인공교잡법은 개체 당 수확 가능한 교잡 종자수가 많지만 종자생산 비용이 많이 들기 때문에 가격이 비교적 비싼 파프리카와 같은 고가의 제품의 종자 생산에 일부 이용되고 있다. 그러나 국내생산 종자의 대부분은 파프리카에 비해 종자가격이 매우 저렴하기 때문에 채종 비용을 줄이기 위해서는 웅성불임성을 이용하고 있다. 고추의 웅성불임성에는 세포질웅성불임성(cytoplasmic male sterility, CMS)과 유전자적 웅성불임성(genic male sterility, GMS)이 있다. 세포질웅성불임성을 교잡종자 생산에 이용할 경우 채종효율이 높고 무엇보다 개발한 품종을 보호할 수 있다는 장점이 있지만, 웅성불임성이 불안정한 신미대과종이나 피망류 등과 같은 일부 고추계통에서는 이용하지 못하고 있다. 그러나 이들 계통에서 유전자적 웅성불임성은 매우 안정하며, 다양한 종류의 세포질과 부계를 교잡종자 생산에 활용할 수 있고, 세포질웅성불임성을 사용할 때보다 신품종 육종기간이 상대적으로 짧다는 장점이 있다.
고추에서는 엠에스1(ms 1 )에서 엠에스15(ms 15 )까지를 포함하여 약 20여개의 유전자적 웅성불임성 유전자가 보고되어 있으며, 이들은 모두 열성유전자로 알려져 있다(Wang과 Bosland, 2006). 세포질웅성불임성은 자연적으로 발생되었거나 돌연변이를 인위적으로 유도하여 찾아낸 것으로(Shifriss, 1997), 국내에서는 자연적으로 발생한 엠에스케이(ms k )를 고추 육종에서 가장 많이 활용하고 있으며, 엠에스케이(ms k )는 대립유전자 검정을 통해 엠에스10(ms 10 ) 혹은 엠에스509(ms 509 ) 유전자좌와 동일 유전자좌에 위치하는 것으로 보고되었다(Shifriss, 1995).
현재 고추 신품종 육성에서 새로운 모계 육성을 위해 엠에스케이(ms k ) 유전자를 도입할 경우 가장 문제가 되는 것은 엠에스케이(ms k ) 도입 시 목적 계통(모계후보 또는 엘리트라인)이 갖는 우수 형질이 유전적으로 교란되어 이를 회복하기 위해 수차례 여교잡을 실시하는데, 이때 엠에스케이(ms k )유전자가 열성이기 때문에 여교잡과 자가수정을 번갈아 수행함으로 반복친으로의 회복속도가 매우 늦다는 것이다. 이는 육종연한이 길어 질뿐만 아니라 육종 비용이 증가함을 의미한다.
[문헌 1] Shifriss, C. 1995. Male sterility in Capsicum. Capsicum and Eggplant Nswl. 14:11 - 25.
[문헌 2] Shifriss, C. 1997. Male sterility in pepper (Capsicum annuum L.). Euphytica 93:83 - 88.
[문헌 3] Wang, D. and P.W. Bosland. 2006. The genes of Capsicum. Hortscience 41:1169 - 1187.
최근 우리나라를 비롯한 미국, 유럽 등의 다른 나라에서는 유전자적 웅성불 임 이용이 점차적으로 증대되고 있는 추세이나, 열성유전에 따른 선발의 어려움, 긴 육종연한, 그리고 채종포에서의 과도한 가임주 제거 노력 등이 문제점으로 남아 있다. 국내에서는 주로 엠에스케이(ms k ) 이용되고 있는데, 동형접합체(Ms k Ms k )와 이형접합체(Ms k ms k )를 구분할 수 있는 공우성 분자표지를 이용할 경우 표현형 구별을 위해 필요한 후대검정과정을 생략할 수 있어 신품종 고추 개발을 위한 육종 연한을 현저히 줄일 수 있다. 즉, 형매교배(sib crossing) 시, 표현형으로 선발된 가임주(Ms k Ms k 와 Ms k ms k ) 모두를 불임주(ms k ms k )와 교배하게 된다. 그러나 당대에 엠에스케이(ms k ) 유전자형을 알 수 있다면, 가임주 중에 이형가임주(Ms k ms k )만 교배하면 된다. 따라서 유전자형을 구분할 수 있는 공우성(codominant) 분자표지를 활용한다면 이러한 문제들을 해결할 수 있을 것이다.
본 발명은 유전자적 웅성불임성(GMS)을 일으키는 것으로 확인된 유전자 중의 하나인 엠에스케이(ms k )와 연관된 공우성 분자표지(도1)를 활용한 육종방법에 관한 것으로, 개발된 증폭단편제한다형성(CAPS) 분자표지로 엠에스케이(ms k ) 유전자형을 판별하고 선발하는 단계(도1) 및 개발된 분자표지를 이용하여 새로운 웅성불임 계통을 육성하는 방법과 전략에 관한 단계(도2와 도3)로 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명은 유전자적 웅성불임성(GMS)을 일으키는 유전자인 엠에쓰케이(ms k ) 유전자와 연관된 공우성 분자표지를 이용한 육종방법에 관한 것으로서, 도1과 도2에서와 같이 유전자적 웅성불임(GMS)이 분리되는 집단에서 가임과 불임의 구분 및 가임 중에 동형접합체(Ms k Ms k )와 이형접합체(Ms k ms k )를 구분할 수 있어, 불필요한 가임의 자가수정을 수행하지 않아도 되고 유전자적 웅성불임성(GMS)의 소실 위험 방지를 위한 형매교배(sib crossing)를 할 필요도 없게 된다. 또한 불임 모계의 고정화를 빨리 진행시킬 수 있다.
본 발명에서는 유전자적 웅성불임성(GMS)을 일으키는 엠에스케이(ms k ) 유전자와 연관된 공우성 분자표지를 교잡종자 생산에 필요한 모계육성 프로그램에 활용하는 것인데, 도2에서처럼 원웅성불임계통(ms k ms k )과 모친후보계통(Ms k Ms k )을 교배한 잡종일대에서는 이형접합체(Ms k ms k ) 가임 식물체만 나타난다. 이를 다시 모친후보계통(Ms k Ms k )과 여교배를 하면 후대에서 표현형으로는 모두 가임 개체로 나타나지만, 엠에스케이(ms k ) 연관 분자표지를 이용하면 동형접합형(Ms k Ms k )과 이형접합형(Ms k ms k ) 개체를 구분할 수 있다. 이 중 이형접합형(Ms k ms k ) 개체를 선발하여 다시 모친후보계통(Ms k Ms k )과 여교배를 한다. 후대에서 다시 1:1로 분리가 되고 앞에서와 같은 방법으로 몇 회 반복한다. 표현형적으로 모친후보계통과 거의 유사하게 되었을 때, 이형접합형(Ms k ms k ) 개체를 자가수정한다. 후대에서 가임과 불임이 3:1로 나 타나게 되는데, 이 때 엠에스케이(ms k ) 연관 분자표지를 이용하여 이형접합형(Ms k ms k ) 개체를 선발하고 웅성불임(ms k ms k )개체에 형매교배(sib crossing)를 실시한다. 그러면 후대에서 가임과 불임이 1:1로 분리되는데 이때부터는 가임이 모두 이형접합형(Ms k ms k ) 개체이기 때문에 분자표지로 분석하지 않아도 되고 매 세대 가임과 불임을 형매교배하면서 웅성불임을 유지하게 된다. 이러한 가임과 불임이 1:1로 분리되고 표현형이 고정되어 있는 집단은 새로운 품종 개발을 위해 사용될 수 있는 하나의 모계가 된다.
도3에서처럼 유전자적 웅성불임성을 사용하고 특성이 우수한 상용품종을 자가수정하면 후대에서 가임과 불임이 3:1로 분리되는데, 가임에는 동형접합형(Ms k Ms k )과 이형접합형(Ms k ms k ) 개체가 같이 나타나는데 엠에스케이(ms k ) 연관분자표지를 이용하여 동형접합형(Ms k Ms k ) 개체만 선발하여 다시 자가수정한다. 이와 같이 몇 회 반복하면 모든 표현형이 상당히 고정되는데 이 때 이형접합형(Ms k ms k ) 개체를 선발하고 웅성불임(ms k ms k )개체에 형매교배(sib crossing)를 실시한다. 그러면 도1에서와 마찬가지로 고정된 모계를 만들 수 있다.
제1도는 고추에서 유전자적 웅성불임성(GMS) 유기 유전자인 엠에쓰케이(ms k )와 연관된 분자표지 도면으로 두 개의 엠에쓰케이(ms k ) 분리집단, GMSK-1(A)과 GMSK-2(B)에 적용한 그림. M은 100bp DNA ladder (Bioneer Co. Ltd., Korea); F는 웅성가임주; S는 웅성불임주.
제2도는 고추 잡종강세육종에서 엠에스케이(ms k )와 연관된 분자표지를 사용하여 선발했을 때, 모계를 개발하고 이를 유지하는 새로운 육종 전략의 개요도
제3도는 고추 잡종강세육종에서 엠에스케이(ms k )와 연관된 분자표지를 사용하여 선발했을 때, 유전자적 웅성불임성(GMS)을 이용하여 개발된 상용 품종에서부터 새로운 모계를 육성하고 이를 유지하는 새로운 육종 전략의 개요도

Claims (3)

  1. 엠에쓰케이(ms k ) 유전자로 인해 가임과 불임이 3:1로 분리가 일어나는 집단에서 엠에쓰케이(ms k ) 연관 분자표지를 이용하여 이형접합형(Ms k ms k ) 개체를 선발하는 방법.
  2. 표현형이 모두 가임이지만 유전형은 동형접합형(Ms k Ms k )과 이형접합형(Ms k ms k )이 분리되는 집단에서 엠에쓰케이(ms k ) 연관 분자표지를 이용하여 이형접합형(Ms k ms k ) 개체를 선발하는 방법.
  3. 엠에스케이(ms k )를 이용한 고추 육종에 있어서 도면1과 도면2의 방법으로 새로운 모계를 육성하는 방법.
KR1020090112458A 2009-11-20 2009-11-20 고추의 유전자적 웅성불임 유전자 msk 연관 분자표지를 이용한 새로운 고추 계통 육성 방법 KR20110055855A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111518944A (zh) * 2020-05-29 2020-08-11 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 辣椒细胞质雄性不育恢复基因相关InDel标记D6-26、特异性引物及其应用

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