본 연구는 전이인자 Ac/Ds를 이용하여 세계적인 경쟁력을 갖춘 삽입변이 집단을 구축하고 Ds 삽입에 대한 분자학적 정보를 획득하여 database 화에 이용하는 것을 목적으로 하였다. 또한 농업적 유용유전자들의 생물학적 기능을 구명하고 생명공학적 방법을 통하여 새로운 작물 창출에 활용하고자 한다. 본연구를 통하여 얻을 수 있는 자료와 정보는 벼의 유전자 기능분석을 보다 효율적으로 실시하고 유용 유전자를 선발하여 육종에 이용함과 아울러 또한 이들의 지적 소유권 획득에 기초자료로 이용될 수 있을 것이다. 1. T1 진전에 의한 대량 고정종자 생산 확보를 위해 Largescale screening 활용하고 발아 활력 유지를 위해 종자를 장기보존하였다. 그 결과 Ds Knockout 육종소재의 안정적 재료공급 체계 확립하였는데 종자 증식용 파종상의 규격화를 통한대량 증식 방법 확립였고 증식계통의 목적에 맞는 재배 방법채택을 통한 편의성을 증진하였다. 2. 변이체의 선발은 각 생육 시기별 변이체 특성검정 및 선발하였으며 2008년도에는 변이율이 5.15%를 보였으나 2009년에는 4.34%로 낮았으며 평균 4.75%의 변이율을 나타냈다. 2010년 증식계통은 생육이 불량하여 표현형 조사는 불가하여 바로 이앙하여 증식하였다. 특히 spotted leaf(spl)의 형태를 나타내는 변이형이 우점하였다. 유묘기의 Ds 증식 집단에서의 표현형 변이는 주로 엽록소 이상을 보이는 변이체가 많이 관찰되었다. 3. 흑미 삽입변이체의 종자특이 전사인자의 발현 분석을 수행하기 위하여 컴퓨터 분석법을 이용하여 흑미 종자의 안토시아닌 생합성 발현 유전자를 동정하고 안토시아닌 생합성 유전자의 발현 분석을 통한 합성 기작 연구를 수행하였다. 그 결과 흑미 종자 삽입변이체 선발하였는데 115,000점의 Ac/Ds 삽입변이체 중 흑미 9계통을 선발하였다. 4. 흑미 종자의 유전자 발현 분석을 연구하기 위하여 Microarray 통계분석을 실시하였는데 672개의 안토시아닌 생합성 관련 유전자 중 전이인자 hyper-geometric 통계 분석으로 12개 전이인자 분류별 82개의 생합성 관련 전이인자 유전자 선발하였다. 5. 최근 기능유전체 연구의 효율을 높이기 위하여 변이체에대한 총체적인 해석과 함께 변이체의 표현형 변이와 삽입염기서열 분석의 연관성을 데이터 베이스화하는 이른바 Phenome 데이터베이스로 가는 추세이다. 이러한 Phenome 분석에 삽입변이집단의 데이터베이스가 활용될 것으로 기대된다.

밀양 23호/기호벼 유래 164 RILs(F17)을 이용하여, 종자의 휴면과 관련이 있는 수발아 저항성, 건열 저항성 및 종자수명을 검정하고, 이들 상호간 상관관계를 조사하였다. 출수 40일째에 밀양23호와 기호벼의 수발아율은 0%, 7%이었고, M/G RILs은 0~50.9%의 범위를 보였으며, 평균 3.2%였다. 90℃, 24시간 건열처리후 밀양23호와 기호벼는 99.2%, 37.6%의 발아율을 보였고, T50은 2.7일, 12.9일로 유의한 차이를 보였으며, M/G RILs의 평균 발아율은 72.4%였다. 상온저장 한 종자수명은 밀양23호는 수확후 3.5년까지도 80% 이상의 종자 발아율을 유지하였으나, 기호벼는 18개월 후부터 급격히 발아력이 감소하여(30%이하), 42개월 후 발아력을 완전히 상실하였다. M/G RILs의 종자활력은 수확후 42개월까지 71계통이 90%이상의 발아율을 보였다. 수발아 저항성, 건열 저항성 및 종자수명은 밀양 23호와 기호벼 간에 뚜렷한 품종간 차이를 보였으며, M/G RILs은 양친의 중간값에 가까운 평균값을 보였다. 건열저항성과 종자수명 간에는 고도로 유의한 정의 상관관계를 보였고, 수발아와 종자수명, 수발아와 건열저항성 간에는 부의 상관관계가 성립하였다.

밀양23호/기호벼 재조합자식 유전집단을 대상으로 PCR 기반 DNA 마커들로 구성된 분자유전자지도를 만들고자, 주로 아가로스 젤 상에서 분석이 가능한 마커들을 위주로 STS, InDel, RTM, SSR 마커들을 선발하여 분석하였다. InDel 마커 37개, STS 마커 88개, RTM 마커 8개, SSR 마커 91개를 포함한 224개의 마커로 구성된 유전지도를 만들었는데, 총 유전거리는 1,425 cM이었으며, 마커간 평균거리는 6.7 cM이었다. 이들 DNA 마커들의 프라이머 시퀀스 정보를 바탕으로 e-PCR프로그램을 이용하여 각 마커들의 벼 유전체상에서의 물리적인 위치를 파악하고 물리지도를 작성하였다. 이 물리지도에서 마커간의 물리적 거리의 합은 356.8 Mbp이었으며, 총 유전거리에서 이를 나누어 구한 1 cM당 평균 물리적 거리는 250 kbp이었다. 5% 유의수준에서 분리비 편의(segregation distortion) 현상을 보인 마커는 전체 마커의 22.8%인 51개이었으며, 주로 3번 염색체의 중간부위, 6번 염색체의 거의 모든 영역, 7번 염색체의 상단부위, 8번 염색체의 하단부위, 12번 염색체의 상단부위에 분포하였다. 이 분자유전자지도는 자포니카형 품종과 통일형 품종 또는 인디카 품종간의 교배후대 집단에서 유용형질의 유전자 위치를 분석하고자 할 때 이용 가능한 마커들에 대한 정보를 제공할 것이다.

Over 7 individual rice (Oryza sativa L.) plants per a line were sowed and sampled by pooled sampling method for genomic DNA extraction. The 5,400 flanking sequence tags (FSTs) were analysed by adaptor PCR and direct sequencing. FST analysis showed that the intragenic FSTs, the intergenic FSTs, and the original insertional sequences including hot spot covered 48.1% (2,597), 25.6% (1,383), and 25% (1,350), respectively. The 2,597 intragenic FSTs were used for genotyping to determine whether they are heterozygous or homozygous, and 1,393 core lines were selected. Among them, 422 knockout genes were distributed on chromosome 3, while 56 - 157 intragenic FSTs scattered on other chromosomes. Among 1,393 FSTs, known genes such as transcription factor covered 59.4% (827), while unknown genes such as expressed protein covered 40.6% (566). RT-PCR indicated that some core lines had no expression or decreased expression level in their knockout genes. It means that core lines are very useful knockout lines for functional genomic studies.

1. Ds 삽입변이체 3,000계통으로부터 제초제 저항성 1,874계통을 선발하고 농업적 주요 특성으로서 출수일수, 간장, 수수, 수장, 엽장 등 5가지 형질에 대하여 조사한 바, 조사된 5가지 형질에 대하여 원품종인 동진벼에 비하여 매우 다양한 변이폭을 보여주었다. 2. 농업적 유용성과 관련된 수장이 길고, 조기출수, 수수가 많은 변이체 뿐만 아니라 형태학적 변이를 보이는 twin seedling, dwarf, early heading, strip albino, liguleless 등 변이체가 다수 발견됨으로서 육종적 이용 및 유전자 기능해석을 위한 유용한 집단으로서 유용성을 보여주었다. 3. 서던분석 결과, 벼 게놈상에서 Ds는 평균 2 copy로 전이되었으며 조직부위별로 GUS의 발현을 조사한 결과 잎, 뿌리 및 화기관등에서 약 3.9%가 발현되었다. 이 삽입변이체에서 나타난 다양한 변이형질의 주요 농업적 특성과 GUS 발현의 재현성을 위해 다음 세대의 전개를 통한 후대분석이 필요하다.

통일형인 밀양23호와 자포니카인 기호벼를 교잡한 재조합자식계통을 대상으로 품질관련 특성 변이를 살펴본 결과 공시계통들에 대한 품질 관련 형질들의 변이 분포는 매우 폭 넓고 다양했으며 대부분의 형질에서 연속적인 정규분포를 보였다. 조사된 형질간의 상관관계는 립의 두께에 대하여 립폭, 심백과 복백은 고도의 정의 상관관계를 나타냈으나 심백과 알카러 붕괴도는 고도의 부의 상관관계를 보였다. 단백질 함량과는 아밀로스, Mg/K 비율에서 고도의 부의 상관을 나타냈으며, K와 지방 함량과는 고도의 정의 상관을 보였다. 밥의 물리성에서는 딱딱한 정도를 나타내는 경도와 부착성, 탄력성, 검성, 저작성에서 고도의 정의 상관을 보였다.

M/G RIL 164계통과 그 유전자지도를 이용하여 지역에 따른 벼의 품질과 관련된 양적형질 유전자좌(QTL)를 분석한 결과를 보면 다음과 같다. M/G RIL 164계통의 지역에 따른 단백질함량, 아밀로오스 함량, 지방산함량 및 식미평가치에 있어 빈도분포는 정규분포에 가까운 연속변이를 보였으며, 양친의 범위를 벗어나는 초월분리 현상을 나타내었다. 또한 지역에 따라 품질형질의 분포범위의 폭이 다양하게 나타났으며, 단백질함량은 원주>익산>대구의 순으로, 아밀로오스함량, 지방산함량 및 식미평가치는 대구>익산>원주의 순으로 나타났다. 품질에 관련된 QTLs분석에 있어 단백질함량과 관련하여서는 8개의 QTLs를 확인하였으며, 1번 염색체에서 2개, 3번, 6번, 7번 염색체에서 각각 1개, 8번 염색체에서 3개의 QTLs를 확인할 수 있었으며, 이들 8개의 QTLs가 설명할 수 있는 표현형 변이는 6.0~~15.2~% 로 나타났다. 아밀로오스함량과 관련하여 6번 염색체에서 1개, 7번 염색체에서 2개의 QTLs를 확인하였다. 3개의 QTLs가 설명할 수 있는 표현형 변이는 7.3~~24.4~% 로 나타났다. 지방산함량과 관련하여서는 2번과 6번 염색체에서 각각 깨, 3번과 7번 염색체에서 각각 1개의 QTLs를 분석하였으며, 6개의 QTLs로 설명할 수 있는 표현형 변이는 5.5~~14.0~% 를 보였다. 식미평가치와 관련된 QTLs는 2번과 6번 염색체에서 각각 1개, 7번과 8번 염색체에서 각각 2개의 QTLs가 분석되었으며, 그 6개의 표현형 변이는 5.5~~10.3~% 로 나타났다.