최근 작물유전체 기술이 비약적으로 발전하고 있어서 이러한 기술과 얻어진 유전체정보를 활용할 경우 작물육종이 새롭게 도약하는 계기가 될 것이라 기대하고 있다. 그러나 실상 작물유전체 정보가 작물분자육종에 효과적으로 활용되고 있지 못하고 있다. 작물육종의 궁극적인 목표는 원하는 표현형질을 갖는 품종을 개발하는 것이나 작물유전체정보나 개별 오믹스 정보만으로는 전통적인 표현형지표와 연결시켜 작물육종에 활용하기 어렵다. 다양한 생명공학적, 분자육종적 기술을 활용해 보다 다양한 계통창출이 가능해 졌으나 전통적인 표현형평가방식으로는 효과적으로 우량계통을 선발하기 어렵고, 비용도 많이 소요된다. 따라서 새로운 개념의 식물표현체 정보(열영상, 형광영상, RGB영상 등)를 작물유전체 정보와 연계시키고, 작물의 주요형질에 식물표현체정보를 연계시킨다면 작물육종의 효율성제고에 활용 가능할 것으로 기대하고 있다. 따라서 이번 발표에서는 식물표현체 기술을 활용하여 주요 환경스트레스에 대한 벼와 콩의 생리적 반응을 대용량으로 조기진단하고 이러한 진단방법과 결과를 환경스트레스 내성 계통이나 품종선발에 얼마나 효율적으로 활용할 수 있는지 평가한 결과를 보고하고자 한다. 아울러 그동안의 연구결과와 경험을 바탕으로 식물표현체 기술을 활용한 작물분자육종 효율증진 방안과 작물유전체 연구에의 활용가능성 등을 제시하고자 한다.

벼 재배에 있어 강피(Echinochloa oryzicola)와 물피(E. crus-galli)는 가장 경합력인 큰 문제 잡초로 알려졌는데 최근 제초제 저항성 피의 증가로 피의 효과적인 방제가 새로운 화두가 되고 있다. 저항성 피의 효과적인 방제를 위해서는 제초제 저항성 여부의 조기진단을 통한 대체 제초제를 이용한 방제가 필요하다. 따라서 본 연구는 제초제 저항성 피의 효과적인 진단을 위해 피노믹스 기반의 비파괴 조기진단법을 개발하고자 수행되었다. Acetolactate synthase (ALS) 저해제, acetyl CoA carboxylase (ACCase) 저해제, photosystem II (PSII) 저해제에 저항성 및 감수성인 각각의 강피, 물피, 열대피(E. colona)를 3-4엽기까지 온실조건에서 생육한 후 해당 제초제를 다양한 약량으로 경엽살포한 후 일정한 시간간격으로 잎의 형광반응을 조사하였다. 그 결과 PSII 저해제 저항성 피는 제초제 경엽처리후 3-4일 이내 저항성 피의 진단이 가능하였으며, ALS 저해제 및 ACCase 저해제 피의 경우는 7-8일 이내 저항성 피의 진단이 가능하였다. 따라서 가장 보편적으로 저항성 잡초의 진단에 사용하는 whole plant assay의 소요시간 20-30일에 비해 잎의 형광반응 측정을 통해 저항성 잡초의 진단 소요시간을 혁신적으로 단축할 수 있었다.

동진벼, 다다조, 이탈리코나베르네코, 갈색까락샤레벼 등 4품종과 강피, 돌피, 물피 등 3종의 피를 공시하여 토양 경도가 벼와 피의 출아 및 유아신장에 미치는 영향을 검토하였다. 토양 경도는 유압잭 (hydraulic jack)으로 토양 전체를 가압하여 토양경도계(산중식)로 0.5, 1, 2, 3, 6kg/cm2 가 되도록 처리하였으며, 온도는 실험기간 중 평균기온 17℃ (저온)와 25℃ (적온) 두 처리를 두었다. 모든 처리에서 복토심은 3.5cm였으며, 파종후 토양 표면은 물에 적신 신문지로 피복하여 토막의 형성과 증발을 방지하였다. 1. 공시한 벼 품종 모두 온도 조건에 관계없이 토양 경도 2kg/cm2 까지는 토양경도의 증가에 따른 출아율의 감소는 크지 않았으나 그 이상으로 토양 경도가 증가함에 따라서 출아율이 직선적으로 감소하는 경향이었으며 출아율 감소 정도는 동진벼가 가장 컸다. 토양 경도 3kg /cm2 이상에서 출아율은 다다조>이탈리코나베르네코=갈색 까락샤레 벼>동진벼 의 순이었다. 2. 피의 경우도 벼와 마찬가지로 토양 경도2kg/cm2 까지는 출아율의 저하가 크지 않았으나 그 이상으로 토양 경도가 증가하는 경우 출아율이 현저하게 저하하였으며 출아율 저하는 강피>돌피>물피의 순으로 컸다. 또한 토양 경도 증가에 따른 피의 출아율 저하 정도는 벼에 비하여 현저히 컸다. 3. 평균출아일수는 공시 초종 및 온도 조건에 관계없이 토양 경도가 증가함에 따라서 직선적으로 증가하는 경향이었다. 토양 경도 증가에 따른 출아 지연 정도는 벼의 경우 동진벼가, 피의 경우는 강피가 가장 컸다. 4. 적온 조건에서 동진벼와 다다조는 토양 경도 2kg/cm2 까지 토양 경도가 증가함에 따라서 중배축장이 증가하는 경향이었으나 그 이상에서는 변화가 없었던 반면 갈색까락샤레벼와 이탈리코나베르네코는 6kg /cm2 까지 토양 경도 증가에 따라서 중배축장이 직선적으로 증대하였다. 저온 조건에서는 공시한 벼 품종 모두 토양 경도 3kg/cm2 에서 중배축장이 최대에 달하였으며 그 이상에서는 변화가 없거나 다소 감소하는 경향이었다. 토양 경도가 3kg/cm2 이상인 조건에서 장려품종인 동진벼의 출아율이 가장 낮았으며 그 원인은 중배축의 신장이 잘 안되어 본엽이 지중에서 전개되기 때문인것으로 판단되었다.