Panax ginseng C.A. meyer (family: Araliaceae) is a perennial crop that has been widely used as a traditional medicine in Korea. Various P. ginseng cultivars exhibit a range of morphological and physiological traits as well as genetic diversity. To elucidate the differences of primary metabolism underlying such genetic diverstiy, we performed primary metabolite profiles in adventitious roots from five Panax ginseng cultivars using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The GC-MS analysis revealed eight primary metabolites as biomarkers and allowed us to classify the five cultivars into three groups. We selected three cultivars to represent each group and analyzed their transcriptomes by Illumina sequencing. We inspected 100 unigenes involved in seven primary metabolite biosynthesis pathways and found that 21 unigenes encoding 15 enzymes were differentially expressed among the three cultivars. Integrated analysis of transcriptomes and metabolomes revealed that the ginseng cultivars differ in primary metabolites as well as in the putative genes involved in the complex process of primary metabolic pathways. Our data derived from this integrated analysis provide insights into the underlying complexity of genes and metabolites that co-regulate flux through these pathways in ginseng.

고추에서는 역병, 탄저병, 바이러스병 등이 큰 피해를 주고 있기 때문에 내병성 및 고품질계 고추 품종 육성의 중요성이 지속적으로 증가하는 상황이다. 때문에 현재 개개의 분자표지를 한번에 1개씩 분석하는 시스템에서 다수의 분자표지로 고추의 유전자형을 빠르고 정확하게 분석할 수 있는 시스템 개발이 절실히 필요하다. 본 연구에서는 Fluidigm 192.24chip을 이용하여 192개의 고추 개체에 대해 24개의 SNP 분자표지를 한 번에 분석하고자 하였다. 이 방법은 한 번의 실험을 통해 4,608개의 data points를 얻을 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 기 개발된 STS 또는 HRM 분자표지를 대량분석이 가능한 Fluidigm용 SNP 분자표지로 전환하고자 하였으며, 총 191개의 고추 샘플과 24개의 내병성 및 웅성불임 분자표지를 이용하여 실험하였다. 실험에 이용된 분자표지는 세균반점병 저항성, 탄저병 저항성, CMV 저항성, 웅성불임성, TMV 저항성, 역병 저항성, CMS 회복유전자, Potyvirus 저항성, TSWV 저항성 분자표지로서 총 24개를 Fluidigm용 SNP 분자표지로 디자인하였다. 식물재료로는 JN F5 분리집단 96점과 고추 유전자원 91점, GMSK F2 분리집단 4점 등 총 191점의 식물샘플을 이용하였고, 나머지 하나는 음성대조군으로 사용하였다. 192.24chip을 분석한 결과 24개의 분자표지 중 19개의 분자표지가 다형성이 구분되는 것으로 판단되었다. 각각의 분자표지에 대한 정확성을 판단하기 위해 기존의 STS 또는 HRM 분자표지의 분석 결과와 비교하였다. 본 연구를 통해 고추의 유용 형질과 연관된 foreground selection용 multiplexing 분자표지를 개발함으로써 신속하고 저렴하게 분자표지를 동시에 분석할 수 있는 기술을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

야생벼나 잡초벼와 같은 유전자원은 각 지역의 환경조건에 오랜 기간 동안 적응하며 집단을 유지하였기 때문에 여러 가지 저항성이나 불량한 환경에 대한 내성 등 유용한 특성을 갖고 있다. 본 연구는 이러한 야생 유전자원에서 고수량성 및 미량원소의 함량 조절 등에 관여하는 유용 유전자를 선별적으로 재배벼에 이전시키는 육종방법을 개발하고 우량 품종 육성을 목표로 한다. 이들 목적을 위하여 재배벼의 유전적 배경에 야생 유전자원의 염색체 단편이 이입된 근동질 계통을 육성, 이용하여 양적형질유전자의 고밀도 지도를 작성하고 관여 유전자 특성을 분석 중에 있다. 야생벼와 재배벼 (화성벼/O.rufipogon) 교잡 유래 이입계통을 이용하여 출수기 조절 유전자, gw9 를 탐지하였고 이들 유전자좌에서 유력한 후보 유전자 3 종, male sterility 5 (MS5), ascorbate peroxidase(AP), glutelin 유전자를 선발하였다. 이들 유전자의 염기서열을 분석한 결과 화성벼와 O. rufipogon 사이에 염기서열 차이를 확인하였다. 야생벼인 Oryza grandiglumis 에서 유래된 종자중 관여 유전자 qGW2 의 근동질계통을 이용하여 벼의 아연함량 조절 유전자, OsPCR1 (plant cadmium resistance 1)과 qGW2 유전자가 서로 상호관계가 있음을 보였다. qGW2 근동질계통의 종자 발달시 OsPCR1 유전자의 발현이 대조구에서 보다 증가하였고, OsPCR1 형질전환체에서 종자중과 아연함량의 변화를 관찰하였다. 또한 이들 OsPCR-1 의 염기서열을 다양한 벼 품종들간에 비교한 결과, 자포니카형 품종들과 인디카형 또는 야생벼 (O. rufipogon, O. glaberrima, O. grandiglumis) 간에 염기서열 변이가 존재하여 아미노산 서열의 차이를 확인하였다. 직파재배에서 중요한 중배축 신장성에 관한 유전자 고밀도지도 작성을 위하여, 선행연구에서 탐색된 QTL (qMel-1, qMel-3) 을 잡초벼/일품벼 조합계통에서 분석한 결과, qMel-1 과 qMel-3 은 각각 염색체 1번의 RM8260과 염색체 3번 RM426 에서 탐지되었고, 중배축 신장성 관여 유전자의 분리를 위하여 Nipponbare/Kasalath 교배조합의 근동질계통을 이용하여 초고밀도 지도를 작성하였다.

Bacterial wilt (BW) caused by Ralstonia solanacearum is one of the most common soil-borne vascular diseases of many solanaceous crops such as pepper and tomato. This study aimed to develop molecular markers closely linked to bacterial wilt resistance genes using a 150 F8 recombinant inbred line (RIL) population obtained from a cross of ‘YCM334’ x ‘Taean’. For pathogen inoculations, R. solanacearum isolate WR-1 was cultured on NB medium at 28℃ for 48 h and a bacterial suspension was adjusted to 1 x 107 to 1 X 108 CFU/mL (A 600 = 0.3 to 0.4). Each RIL and the parents were sown in a 72-cell plastic tray filled with sterilized soil, and the seedlings were inoculated at the 6 to 8 leaf stage using soil-drenching (3 to 5 ml/ plant) inoculation methods with 3 replications. After 10 days post inoculation (dpi), each line was evaluated visually for occurrence of bacterial wilt ranging from 1 (most resistant) to 5 (most susceptible). Two candidate R-response genes, AT4G14130 and AT3G23730, were selected to find SNPs between YCM334 and Taean. In previous transcriptome analysis, these two genes were reported as significantly differentially expressed in Capsicum annuum L. root inoculated with R. solanacearum, which were up-regulated in a resistant genotype. Once the synteny of the gene locations between Arabidopsis and pepper was documented, the sequences on pepper chromosome 12 were obtained from pepper. v.1.55 (http://solgenomics.net). SNP markers associated with resistance to BW will be mapped using pepper RIL population.

간척지에서 재배될 수 있는 염생식물은 국토의 효율적 이용과 식량의 안정적인 확보 측면에서 매우 중요한 유전자원이다. 본 연구에서는 염생식물인 퉁퉁마디의 작물로서의 이용을 위하여 종자의 발아특성과 염농도에 따른 생육특성을 규명하고자 하였다. 퉁퉁마디 종자는 화피로 둘러싸여 있는 난형으로 연한 갈색을 띄었으며, 수분흡수 후 종피가 파열되면서 유근이 출현하여 발아가 시작되었다. 퉁퉁마디 종자의 발아에서 화피의 영향을 알아보기 위하여 최적 발아온도로 알려진 25℃와 30℃에서 raw seed와 화피제거 종자의 발아율을 조사하였다. Raw seed는 25℃에서 5%, 30℃에서 7%의 발아율을 보인 반면, 화피 제거 종자는 25℃에서 53%, 30℃에서 58%의 발아율을 보여 화피 제거에 의하여 종자의 발아율이 급격히 상승하였다. 따라서 종자의 발아율을 높이기 위하여 500㎛ sieve를 이용하여 화피를 제거할 수 있는 기계적 방법을 개발하였으며 이 방법에 의하여 화피가 제거된 종자를 90% 이상 확보할 수 있었다. 화피 제거 종자의 염농도에 따른 종자의 발아율을 조사한 결과, 0mM에서 53%, 50mM에서 49%, 100mM에서 35% 그리고 200mM에서는 26%로 염농도가 낮을수록 발아율이 높은 것으로 나타났다. 한편, 유묘의 염농도에 따른 생장량 조사를 위하여, 2주된 유묘를 상토에 이식하고 0~200mM의 염처리를 하여 5주간 초장과 분지수를 조사한 결과, 퉁퉁마디의 생장량은 100mM에서 가장 많았다. 따라서 퉁퉁마디의 유묘확보율을 높이기 위해서는 종자의 화피를 제거하여 염농도 0mM인 25~30℃에서 발아를 시키고, 유묘생장단계에서는 100mM 전후의 염농도가 최적조건으로 판단되었다.

Wheat-rye translocation lines are widely used in wheat breeding programmes by reason of biotic stress tolerances. Though there have been a number of researches regarding abiotic stress tolerance, the tolerance of the lines depends on wheat genetic background, not on rye chromosome. Here, we investigated wheat-rye translocation specific transcripts derived from cDNA-AFLP under drought stress, which may help to elucidate the reaction under the stress. ‘OK91G117’ (1BL.1RS translocation) and ‘OK91G144’ (non-translocation) were used as materials, which are near-isolines for 1RS. 25% PEG 6000 was added in culture solution to simulate drought condition and root tissues were sampled at each 0 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24 h, and 48 h after PEG treatment for RNA extraction. As a result of cDNA-AFLP, TDFs (transcript derived fragments) that were specific to OK91G117 were sequenced. GO functions of each sequenced TDF were annotated by Blast2GO using standard parameter with cut-off level 3 and mapped to the GO term (i.e. biological process; BP, molecular function; MF, cellular component; CC). The term with “organic substance metabolic process”, “primary metabolic process”, and “cellular metabolic process” account for almost 50 % of BP. The most represented terms among probes classified to MF were “transferase activity” and most of TDF were annotated in “cell part” of CC. In addition, rye-chromatin specific markers were developed by BLAST comparing sequence of TDF with wheat and rye genome data. RT-PCR was conducted to validate expression patterns of selected TDF. Further studies will be needed to elucidate functions of the highly expressed genes under drought stress.

Zinc finger nucleases (ZFNs) have been used for targeted mutagenesis in eukaryotic cells. Custom-designed ZFNs can induce double-strand breaks (DSBs) at a specific locus. Our custom ZFN dimer was designed 3-finger of left and 4-finger of right with 2 kb size using 2A. A Ti-plasmid vector, pTA7002 containing the target site of SSS4A gene for a ZFN pair, that was shown to be active in yeast, was integrated in the rice genome. This promising technique for genome engineering was induced into 4 exon region of SSS4A gene in rice genome using Agrobacterium-mediated transformation. The SSS4A full-length cDNA was 5,070 bp consisting of a 318 bp 5′-untranslated region (UTR), a complete ORF of 2,928 bp encoding a polypeptide of 975 amino acids and a 3′-UTR of 1,824 bp. The vector is based on glucocorticoid receptor inducible gene expression system. Thus, SSS4A::ZFN expression was tightly controlled and the phenotype in low concentrations 10uM of the glucocorticoid hormone dexamethasone (DEX). In plant cells, transient ZFN expression is achieved by direct gene transfer into the target cells. For an alternative, ZFN delivery and production of mutant plants using a tobacco transient expression system for indirect transient delivery of ZFNs into a variety of tissues and cells of plants. ZFN activity was determined by PCR and sequence analysis of the target site. ZFN induced plants were obtained in up to 2% of the PCR products, consisting of deletions ranging between 1and 100 bp and insertions ranging between 1 and 10 bp. Our results describe an alternative to direct gene transfer for ZFN delivery and for the production of mutated rice.

Radish, Raphanus sativus(2n = 18), belonging to the brassicaceae family, is herbaceous plant with 1-2 years life cycle. It is cultivated worldwide for producing leafy and root vegetables. Although an economically important crop, the genetics of yield and quality traits, disease resistance are not well-studies. The major purpose of this project is development of molecular breeding technology in radish. In this project, quantitative trait loci (QTL) for Fusarium wilt resistance of radish were analyzed. To identify QTL, genetic linkage map of radish was constructed using F2 mapping population derived from a cross between two inbred lines, “DB01” (resistant) and “DB05” (susceptible). A total 319 markers have been mapped into nine linkage groups, covering 639.3cM with an average distance of 2cM between loci. QTL mapping detected 2 loci conferring Fusarium wilt resistance. Two QTLs were located on LG3 and LG7, respectively. The QTL of LG3, flanked by EAGGMCT6 and WALK500 marker, exhibited a LOD value ranging from 2.3 to 8.7, and the R2 (Phenotypic variations) ranging from 28 to 48% in four tests. This QTL was named qYR1. The QTL of LG7, flanked by EACCMCAC-202 and DCJ14-390 marker, exhibited a LOD value ranging from 6.2 to 10.6, and the R2 ranging from 42 to 55% in four tests. This QTL was named qYR2. The results of the QTL analysis may be useful in marker-assisted selection (MAS) of Fusarium wilt resistant radish cultivars.

Brown planthopper (BPH) is a phloem sap-sucking insect pest of rice, which causes severe yield loss annually. Gayabyeo, a Tongil type rice variety, is known to have broad spectrum resistance to BPH. Before, it was estimated that Gayabyeo has at least two BPH resistance genes. We started a research for mapping resistance genes of Gayabyeo. We did a cross between Taebaekbyeo, a BPH susceptible Tongil type rice variety, and Gayabyeo, We grew F1 plants in winter season of 2014-2015, and planted F2 population in this year. About 100 DNA markers (SSR and InDel markers) showing polymorphism between Gayabyeo and Tabaekbyeo were selected. In addition, we are going to do resequencing Gayabyeo and Taebaekbyeo using Illumina Hiseq2000 to find much more DNA polymorphisms between the two varieties and develop new markers for mapping. The BPH response data will be acquired using F3 plants from the cross between Gayabyeo and Taebaekbyeo next year. In a while, crosses between Gayabyeo and high quality japonica rice varieties are being carried out to introduce BPH resistance genes of Gayabyeo into japonica high quality rice varieties. We expect to develop new DNA markers for BPH resistance genes of Gayabyeo through mapping and produce several japonica high quality rice lines harboring those genes at the end of this project.

Brassinosteroids (BRs) control virtually every aspect of plant growth and development. BRs act alone or with other exogenous and endogenous signals including auxin and light. To screen for the novel player involved in BR signaling in Arabidopsis, we employed cDNA overexpression strategy. We created a cDNA library to be expressed under the 35S overexpression promoter, and introduced into a weak brassinosteroid insensitive 1 (bri1) mutant. The mutant dubbed bri1-5 with long petiole (blp) was identified to display bigger stature especially in hypocotyl and petiole length relative to bri1-5. Sequence analysis of the rescued transgene revealed that blp consisted of a chimeric DNA consisting of a 3’ half of PHYB, 2 bp insertion, and a part of a chloroplast ribosomal RNA. Re-introduction of chimeric DNA into bri1-5 recapitulated blp phenotype. The blp phenotypes being similar to phyB mutants led us to examine both the PHYB transcript and protein levels in the blp 35Spro:PHYB doubly homozygous line. Lower levels of both transcripts and proteins of PHYB suggested that introduction of the chimeric gene interfered with the stability of PHYB transcripts. Our results highlight that overexpression mutagenesis facilitates functional genomics to decipher a function of Arabidopsis genome.

In recent years, the efficiency and accuracy of QTL analysis for identification of useful traits have been increased by high-throughput genotyping. In a previous study, the genome variation of significant DNA polymorphism was observed in early maturing type rice mutant (EMT) by comparing with that of wild type (WT). For detection of major QTL for flowering time, we constructed a linkage map of 36 InDel- and 6 SNP- markers. In the linkage analysis of F2 plants derived from the cross “WT x EMT”, we have detected one potential QTL region on chromosome 6 by M6-3 marker. Also, the Hd1, which contained the target fragment of M6-3 marker, exhibited the relatively high nonsynonymous substitutions in genes located on chromosomal region from M6-2 to M6-4. To evaluate the reliable allele segregation related to expected Mendelian ratio between M6-3 and its flanking markers, M6-3 marker developed in Hd1 gene exhibited the 1:2:1 ratio as clear monogenic segregation in heterozygous F3 plant. Additionally, we further analyzed the different transcript regulations of OsGI and Hd3a gene related to Hd1 involved in photoperiodic flowering pathway. Although the mRNA levels of Hd1 had no difference between WT and EMT, the Hd3a as downstream effector of Hd1 significantly upregulated in EMT, suggesting that Hd1 gene may become nonfunctional.

본 연구과제의 목적은 1) 양질 다수성 콩 기술 이전, 2) 양질 다수성 콩 품종 출원, 3) 고밀도 유전자지도 작성을 통한 다수성관련 QTL 동정 및 다수성 형질 연관 마커 개발, 4) 콩 품종 판별 마커 개발, 5) 기능성 콩 가공식품 개발이다. 이를 위해 당해연도는 양질 다수성 콩 품종 육성을 위한 생산력 검정 및 지역적응성 검정을 실시하고 초다수성 우량 계통 육성을 위해 1단계 사업에서 선발된 우량 계통들을 지속적으로 세대진전하고자 한다. 특히 다수성관련 형질연관 QTL 동정을 위해 길육69 x SS0404-T5-76 RIL 집단(400계통)을 육성하였고 이 집단을 이용한 고밀도 유전자지도 작성하고자 한다. 먼저 모부본 염기서열 변이 탐색 및 RIL들의 다수성 형질 표현형을 조사할 것이다. 한편, 품종보호 및 종자순도 관리에 있어서 중요한 분자 마커 개발을 위해 주요품종들에 대한 SSR 마커 분석을 실시하였다. 당해연도에는 1단계 사업에서 개발된 ‘CJ행복한1호’ 콩 품종 육성을 위한 채종포를 제주도와 괴산 등지에 조성하며 두부 장류용 우량 계통 SS408-T5-99 에 대한 제품 생산 가능성 분석하고 장류발효과정 중 아이소플라본의 성분 변화를 분석할 것이다.

1960년대 이후 간척한 농경지 면적은 135,100 ha나 되지만 간척지는 토성이 불량하고, 염분농도가 높아 작물생육에 매우 부적합하여 작물 수량의 안정적 확보와 다양한 작물 재배를 위해서는 토양 개량과 그에 알맞은 재배기술 및 내염성 품종 개발이 시급한 실정이다. 간척지는 염분 함량이 매우 높기 때문에 다른 작물보다 내염성이 있는 벼를 재배하여 간척지 활용을 증대시킬 수 있지만 소비 감소로 인한 쌀 재고량이 급증하여 벼 대신에 밭작물 재배나 사료 작물 재배를 통하여 안정적인 농가 소득을 확보할 수 있는 시스템이 필요하다. 본 연구는 현대서산간척지에 재배 가능한 내염성 콩을 선발하기 위하여 실시하고 있다. 내염성 콩을 선발하기 위해 야생콩 PI483463(내염성) x Hutcheson(감수성) 유래 52개의 내염성 RIL, 65개의 감수성 RIL, S-100(내염성) x PI483463(내염성) 유래 106개의 RIL, Hutcheson과 우람콩(감수성)으로 여교배하여 DNA 마커로 선발된 94개의 내염성 BC1F3계통을 난괴법 2반복으로 재식하였다. 모든 계통은 무염포와 저염포(약 0.2%)에 심었다. 재식밀도는 70 x 15cm, 1주 2본으로 하였으며, 파종은 2015년 5월 8-9일간에 실시하였다. 현재까지 콩 생육을 살펴보면 무염포나 저염포에서 콩의 발아는 정상적으로 나타났으나, 저염포에서 감수성 콩 계통의 잎이 황변하고 하위옆의 경우 염해에 의해 타들어 가는 것을 관찰할 수 있었고, 내염성 계통들은 염해의 증상이 없었으나 무염포 보다는 전체적으로 생육이 저조한 것으로 나타났다. 출아 후부터 생육 전반에 걸쳐 내염성 계통과 감수성 계통이 저염 조건에서 농업적 형질이 어떻게 반응하는지에 대한 연구를 계속할 것이며 최종적으로 간척지중 저염지대에 재배 가능한 콩을 선발할 것이다.

옥수수는 벼, 밀과 더불어 세계 3대 식량작물의 하나로서 단위면적당 생산량이 매우 높으며 가축의 사료로서 중요한 작물이다. 옥수수의 주요 생산국은 미국과 중국이며 세계 생산량의 37%와 21%를 각각 차지하고 있으며, 미국과 중국의 옥수수 재배면적은 3,200만 ha 정도로 비슷하지만 미국의 단위생산량이 월등히 높아 전체 생산량이 많다. 우리나라의 옥수수 재배면적은 26,000ha 정도이고 매년 800~900만 톤의 옥수수를 수입하고 있으며 자급률은 1% 이하이다. 세계 옥수수 종자시장 규모는 76억불 정도이고 종자량으로는 800만 톤 정도이다. 몬산토, 파이오니어, 신젠타 등의 글로벌 종자회사가 세계시장의 65% 이상을 차지하고 있으며, 우리나라 종자시장 규모는 50억 원 정도로서 매우 영세한 실정이다. 해외기술 현황으로는 미국은 글로벌 종자회사 중심으로 막대한 자본과 연구인력, 최상의 기술력으로 세계시장을 석권하고 있으며, 중국도 국가의 적극적인 지원 하에 최근 육종기술이 급속히 발전하고 있다. 태국도 육종기술이 매우 발전하여 동남아 시장을 석권하고 있으며 인도는 아직은 미흡하지만 급속한 발전 가능성을 보유하고 있다. 그 밖에 필리핀, 인도네시아, 캄보디아, 베트남 등도 옥수수 품종개발 연구를 수행하고 있다. 해외시장 진출을 위한 옥수수 육종의 가장 중요한 목표는 수량성이지만 병충해 저항성이나 불량환경 저항성도 매우 중요한 형질이다. 특히 열대지방은 온대지방보다 옥수수에 발생하는 병해충이 많으며 특히 노균병(Downy mildew), 녹병(Rust), 잎마름병( Leaf blight), 바이러스 등이 많이 발생하고 있어 이에 대한 저항성 육종이 절실히 필요하다. 불량환경 저항성 육종으로는 한발저항성 품종개발이 최근에 중요한 과제로서 대두되고 있다. 세계 여러 나라에서는 한발저항성 육종연구를 활발히 수행되고 있으며 어느 정도 성과를 거두고 있는 것으로 보고되고 있다. 또한 동남아 개발도상 국가에서는 비료가격이 높아 옥수수 재배 시에 충분한 비료를 시용하지 못하고 있는 실정이기 때문에 소비재배에 적합한 품종개발 연구도 수행하고 있다. 품질개선을 위한 육종으로는 최근 미국에서 베타카로틴이 매우 높은 황색옥수수 품종을 개발하고 있다. 동남아 시장에 권장할 수 있는 옥수수 품종은 수량성이 높은 단교잡종(Single cross)과 더불어 종자가격이 낮은 3계교잡종(3-way cross)이 초기에 농가보급에 유리할 것으로 생각되며, 경제적이 이유로 신품종을 구입할 수 없는 농가에 재래종을 대체할 수 있을 품종으로 합성품종(Synthetic variety)이 가능할 것으로 생각된다. 옥수수 육종의 성패를 좌우할 수 있는 가장 중요한 요인은 우수한 육종재료의 확보이며, 가장 중요한 육종재로는 현지에서 재배되고 있는 상업용 품종과 재래종 품종이며, 또한 모집단(Population)을 육성하고 개량하는 것이 절대적으로 필요하다. 우수한 교잡종을 육성하기 위해서는 일반조합능력과 특정조합능력을 이용한 정통적인 방법도 중요하지만 단기간에 육종 성과를 높이기 위해서는 임의교배(Random mating)에 의한 많은 조합의 교잡종을 검정하는 것이 바람직하다. 육종연구에 고려해야 할 몇 가지 사항은 외국 농업기업에 대한 현지의 법적규제와 권장 사항 등을 정확히 파악해야 되며, 해당 국가가 개발한 품종이 원활하게 보급되지 못하고 있는 원인을 정확히 분석해야 한다. 병충해 저항성이나 불량환경 저항성 품종개발 시에는 자연조건에서 선발하는 것보다 적극적이고 실질적인 환경 하에서 선발하는 것이 육종효율을 높이고 육종기간을 단축할 수 있으며, 광지역 적응성 품종개발 보다는 특정 환경에 적응하는 품종개발에 중점을 두는 것이 바람직하다. 끝으로 본 프로젝트로 우리나라와 해당 국가가 공동으로 혜택을 받을 수 있는 방법을 강구하는 것이 바람직하며, 본 프로젝트의 종료 후에도 지속적으로 옥수수 육종 연구가 수행될 수 있는 기반을 조성하는 것이 절실히 요구된다.

Nonhost resistance is a plant immune response to resist most pathogens. The molecular basis of nonhost resistance remains poorly understood but recognition of pathogen effectors by immune receptors, a response known as effector-triggered immunity, has been proposed as a component of nonhost resistance. We performed transient expression of 54 P. infestans RXLR effectors in pepper accessions using optimized heterologous expression methods and analyzed the inheritance of effector-induced cell death in an F2 population derived from a cross between two pepper accessions. Pepper showed a localized cell death response upon inoculation with P. infestans, suggesting that recognition of effectors may contribute to nonhost resistance in this system. Nonhost pepper accessions recognized from 2 to 36 effectors. Among the effectors, PexRD8 and Avrblb2 induced cell death on a broad range of pepper accessions. Segregation of effector-induced cell death in an F2 population derived from a cross between two pepper accessions fit a 15:1, 9:7 and 3:1 depending on the effector. Our genetic data suggests that single or two independent/complementary dominant genes are involved in the recognitions RXLR effectors. Our findings indicate that multiple loci recognizing a series of effectors underpin nonhost resistance of pepper to P. infestans and may confer resistance durability.

Molecular markers, such as PCR-based and SNP-based markers, are extremely useful for plant genetics and crop breeding. Marker-assisted selection (MAS) has been widely applied in plant breeding to improve crop yield, quality, and tolerance to biotic and abiotic stresses. To develop gene-based (or -specific) molecular markers, three different approaches have been used in Brassica species: Known-gene-based, RNA seq/Exon-based and RNA seq/Intron-based molecular marker development for several years. Using these techniques, molecular markers have been developed to identify flowering time, anthocyanin accumuation and abiotic stresses in B. rapa and B. oleracea. Markers were distributed in exons as well as introns, and coding sequences and untranslated regions (UTRs). All markers developed have been transformed into SNP marker after HRM confirmation. I will discuss efficiency, accuracy, and potential problems and contribution of these markers for Brassica breeding.

Marker assisted selection (MAS) for disease resistance is widely applied in practical tomato breeding program both in public and private sectors. Due to the commercial value and the importance as a model crop system, tomato has taken the lead in MAS among the other horticultural crops. A wide range of disease resistance genes were identified and the mechanism of the resistances has been explored in tomatoes. In the case of disease resistance Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) is one of the major threats for tomato production worldwide, and several resistance sources for TYLCV resistance have been identified among wild tomato species. Ty1/3 resistance gene has been recently identified as a DFDGD-class RNA dependent RNA polymerase (RDR). Late blight (LB) in tomato is caused by Phythophthora infestans, and several resistances sources have been applied in the practical breeding program. Ph3 resistance, a LB resistance against a wide-range of P. infestans isolates, has been reported as a gene coding a CC-NBS-LRR gene on chromosome 9. In this study, we developed reliable and comprehensive molecular markers based on the single nucleotide polymorphisms (SNPs) or insertion/deletion (InDel) directly responsible for the resistance phenotype. These functional molecular markers are expected to enhance the effectivity and accuracy of MAS for disease resistance in tomato breeding programs.

Recently, many breeders have preferred to use molecular markers for introgression backcross programs enabling foreground and background selection to cope with rapid cultivar changing of seed markets. In accumulation of target traits with marker-assisted selection, larger numbers of markers should give better resolution. For the analysis of quantitative traits, a high-density genetic map with a large number of markers is required for discovering more accurately linked markers with traits. Watermelon is a recalcitrant plant to generate a high-density genetic map with conventional molecular markers including simple sequence repeats (SSRs), since watermelon has narrow genetic diversity background and severe segregation distortions of those SSR markers. Thus, we have developed efficient and valid way to assemble genetic map and markers by next-generation sequencing coupled with genotyping by sequencing in F2 generation. After crosses between Citurullus lanatus ssp. citroides (PI254744 and PI189225) and C. lanatus ssp. lanatus (TS34, Korean cultigen), 163 of F2 progeny were sequenced through Illumina's Hi-Seq GAII platform. From sequence information of those variant call files, the SNPs were indexed and filtered by sequencing depth with genotype converter (SNP Genotyper), and optimized by heuristic physical bin mapping to construct more reliable genetic linkage map. Reliable SNP loci were determined and compared to sequences of physical reference map. Using the genetic map, we determined QTLs in F2:3 population and found major loci corresponding to seed size and powdery mildew race1 resistance in watermelon.

Radish is one of the most widely consumed vegetable crops in Korea. Root is the major part of radish supplied to the market, thus the size, shape, and quality of radish roots are main targets of breeding programs. Despite of the importance of this crop, the molecular breeding of radish is still in the rudimentary stage. In Golden Seed Project, we aim to establish the molecular breeding program of radish using genome-wide approaches. To this end, we selected inbred lines that have distinctive root traits such as yield, shape, disease resistance, and texture. Single nucleotide variation (SNV) among these lines will be identified based on the low coverage genome sequencing data. These SNVs can be used for finding genomic regions associated with root traits from segregating mapping populations which are also in the middle of development. Korean radish roots are harvested after being grown for only nine weeks. During that period, root biomass reaches to more than two kilograms. While investigating the root growth of radish inbred lines, we found that cytokinin contributes as a key growth regulator that promotes radial growth of radish roots. A difference in growth rates of two distinctive inbred lines was explained by the difference in response to cytokinin. Genes responsive to cytokinin are highly enriched in the cambium, the meristematic cell population that drives radial growth. For comprehensive understanding of genes that affect yields of radish roots, we turned to developing a tissue specific transcriptome data using laser capture microdissection. We expect that the compendium of genomics-based data will help establishing molecular breeding of radish at a fast track.