콩은 전세계적으로 재배되는 중요한 작물 중에 하나로 최근, 표준유전체 해독과 함께 유전적, 표현형적으로 다양성을 가진 한국핵심집단이 구축됨에 따라 유전체 기반 분자 육종 연구, 유전자 교정 기술을 활용한 새로운 육종 소재 개발 연구가 가속화 될 것으로 예상된다. 유전체 정보 기반 작물의 분자 육종 및 생명공학 연구를 통한 성공적인 작물의 개량을 위해서는 식물의 효율적인 조직배양 기술이 수반되어야 할 것이다. 그러나 반수체 생산, 원형질체 배양 및 형질전환 기술과 같은 콩의 조직배양 효율은 아직까지 높지 않고 일부 계통에 한정되어 이루어지고 있다. 본 논문에서는 콩의 분자육종 및 생명공학 기술의 적용을 위하여 다양한 콩 조직배양 기술에 관한 연구 동향을 분석하고 조직배양 효율에 영향을 미치는 요인들에 대한 정보를 제공하고자 하였다.

본 연구에서는 국내 콩 유전체의 변이밀집영역(dVB)에서 유 래한 27개 InDel 마커를 신품종 20개에 적용하여 품종판별용 마커로서 범용성을 검증하고 신품종의 구별성과 국내 품종의 유전적 다양성을 확인하였다. 20개 신품종과 MyCrops에 포함된 기존 149개 품종과의 유사도는 평균 61.3%이고, 최저 25.9%에서 최대 96.3%의 유사도로 완전 일치(100%)되는 바코드는 없어 20개 신품종의 유전적 구별성을 모두 확인할 수 있었다. 유연관계를 분석한 결과에서는 신품종을 포함한 국내 169품종이 4개의 유전집단으로 구분되었으며 풋콩 및 단기성 콩의 80%가 I-2 소그룹, 나물콩의 65.9%가 II-2 소그룹에 주로 속한 반면, 장류 및 두부콩은 I-1 (44.4%), I-2 (26.4%), II-2 (23.6%) 소그룹에 고르게 분포하였다. 20개 신품종에 대한 계보도는 나물콩 주요 계보와 장류 및 두부콩으로 크게 두 그룹으로 나누어지며 유연 관계분석을 뒷받침하였다. 품종판별을 위한 최소 마커를 선발 하기 위해 PIC가 높은 공통마커와 품종별 특이마커를 선발하는 2단계 과정을 통해 품종에 따라 7~9개의 최소 마커로 신품종의 진위를 판별할 수 있었다. 이처럼 콩 변이밀집영역에서 유래된 27개 InDel 마커와 이를 이용한 신품종 바코드 정보의 지속적인 업데이트는 수입산에 대한 국산 품종의 보호와 육성가의 권리 증진에 기여하며, 더불어 육종과정 중 신규 유전변이를 도입하고 목표형질을 선발하는 등 육종 효율을 개선하는데도 도움이 될 것으로 기대한다.

글루코시놀레이트는 십자화과 채소에 다량으로 함유되어 있으며 병해충 저항성 및 항균 기능을 가지는 식물의 이 차대사산물 중 하나이다. 최근에는 글루코시놀레이트가 가지는 항암 기능이 알려지면서 기능성 물질로써 주목을 모으고 있다. 식물에서 글루코시놀레이트 생합성 조절을 위한 분자생물학적 연구는 애기장대를 중심으로 진행되 었고, 그 결과 글루코시놀레이트 생합성과 관련된 MYB 전사 조절 인자의 기능이 확인된 바 있다. 본 연구에서는 십자화과 채소인 배추에서 글루코시놀레이트 생합성에 관련된 MYB 전사 조절 인자를 탐색하고, 유전자의 발현 을 분석함으로써 글루코시놀레이트 생합성과 관련된 MYB 전사 조절 인자의 발현 기작을 규명하고자 하였다. 배 추 유전체 연구를 통해 밝혀진 정보를 바탕으로 글루코시놀레이트 생합성에 관여하는 것으로 알려진 BrMYB 유 전자 13종이 확인되었다. 전사 조절 인자 13종의 microarray 데이터를 분석한 결과, 식물의 생육 단계별로 다양한 발현 양상이 관찰되었고, 몇몇 전사 조절 인자의 경우 abiotic stress 처리에서 강한 유전자 발현이 관찰되었다. 다양 한 표현형을 가진 배추 유전자원 35 계통을 대상으로 각 전사조절 인자의 발현을 Real-time PCR 방법으로 분석한 결과, 전사 조절 인자 간 유전자 발현양에 유의한 상관관계가 확인되었다. 또한 HPLC 분석을 통하여 확인된 배추 유전자원 35계통의 글루코시놀레이트 성분 분석 결과와 유전자 발현 간에 상관관계를 분석한 결과, 각 전사 조절 인자와 글루코시놀레이트 성분 간 유의한 상관관계가 관찰되었다. 본 실험의 결과 배추의 글루코시놀레이트 생합 성에 관여하는 BrMYB 전사 조절 인자의 발현 분석을 통해 글루코시놀레이트 함량에 관여할 것으로 추정되는 주 요 BrMYB 전사 조절 인자를 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 배추 VCS3M-DH 집단의 75개 계통을 대상으로 캘러스 유도 및 식물체 재분화 능력을 검정하고 이와 관련된 유전자의 염색체상의 위치를 밝히고 연관 QTL을 탐색하여 배추의 조직배양 능력에 관련된 유전자를 분리하는데 활용하고자 하였다. 양친 계통인 VC-1-2와 SR5의 교배를 통해 얻어진 F1의 소포자 배양에 의해 총 91개의 VCS3M-DH(Double haploid) 집단이 획득되었다. 이들 중 75개 계통을 사용하여 각 계통의 캘러스 유도 및 식물체 재분화 능력을 조사하였다. 그 결과 0-95%의 매우 광범위한 범위의 캘러스 유도율이 관찰되었고 63 계통에서 캘러스의 유도가 관찰되었고 13 계통에서 50% 이상의 높은 캘러스 유도율이 관찰되었다. 배축 절편체로부터 캘러스가 획득된 66 계통을 대상으로 재분화 유도율을 조사한 결과 27 계통에서 재분화 식물체가 관찰되었고 VCS3M-85는 34.5%의 가장 높은 식물체 재분화율이 관찰되었다. 본 실험의 결과 배추의 배축 절편체로부터 캘러스 유도 및 식물체 재분화 능력은 계통별로 현저한 차이가 관찰되었고 이러한 계통별 차이는 배추의 조직 배양 능력이 유전적 요인에 의해 조절되고 있다는 것을 나타낸다. 또한 캘러스 유도율과 재분화율은 1% 유의수준에서 상관관계가 성립되어 캘러스 유도율이 높은 계통에서 높은 재분화율이 관찰되었다. 이상의 결과를 토대로 VCS3M-DH집단의 캘러스 유도 능력 및 재분화 능력에 관여하는 QTL을 composite interval mapping 분석을 통하여 탐색한 결과 캘러스 유도에 관련된 6개의 QTL과 재분화 유도에 관련된 5개의 QTL이 확인되었다. 향후, 본 실험의 결과를 바탕으로 배추의 식물 조직배양 능력에 관여하는 유전자를 탐색하고 map-based cloning에 활용할 예정이다.