고추(Capsicum annuum)에서 세포질웅성불임성(cytoplasmic male sterility, CMS)의 회복은 하나의 주동 회복유전자(restorer-of-fertility, Rf)와 몇 개의 불임성 변경 유전자(sterility-modifying genes)에 의해 조절된다고 보고된다. 또한 온도에 의해 불임성이 불안정하게 된다는 보고도 있다. 이 중 본 연구에서는 고추의 불완전 임성회복(partial restoration, pr) 현상에 관한 원인을 규명하고 이와 연관된 분자표지를 개발하려고 하였다. 고추의 불완전 임성회복은 웅성불임(S)세포질을 가졌을 때만 나타나는 현상이고, 정상적인 화분량을 보이는 완전 임성회복(S, Rf/Rf)과 정상적인 화분이 전혀 생성되지 않는 안정한 웅성불임(S, rf/rf)의 중간 표현형으로 나타난다. 또한 불완전 임성회복의 화분은 정상과 비정상이 서로 엉켜 붙은 채 개약 후에도 약벽에서 잘 떨어지지 않는 특성을 가지고 있다. 완전 임성회복(Pr/Pr)은 불완전 임성회복(pr/pr)에 대해서 우성이며. 두 개의 F2 분리집단에서 완전 임성회복(Pr/_)과 불완전 임성회복(pr/pr)이 3:1로 분리가 일어나는 것을 확인하였다. 이 분리집단을 이용하여 BSA-AFLP 방법으로 768개의 프라이머 조합을 실험한 결과 pr 유전자좌와 1.8 cM 정도 연관된 두 개의 AFLP 분자표지(E-AGC/M-GCA122와 E-TCT/M-CCG116)를 찾을 수 있었다. 이 중 E-AGC/M-GCA122를 공우성 분자표지인 CAPS 마커로 전환하였고 PR-CAPS라고 명명하였다. 또한 불완전 임성회복(pr)과 회복유전자(Rf)와의 관계를 알아보기 위해 기 보고된 세 개의 Rf 연관 분자표지(OPP13-CAPS, AFRF8-CAPS 및 CRF-SCAR)와 PR-CAPS의 연관분석을 수행하였는데 이들은 서로 아주 가깝게 연관되어 있었다. 또한 A(S, rf/rf), B(N, rf/rf) 및 C(Rf/Rf)를 포함한 91개의 고추 계통에 대해 PR-CAPS(640 bp)와 OPP13-CAPS(1180 bp) 염기서열을 비교분석한 결과 정확히 세 가지로 구분되었다. 이 결과들을 종합해 보면 불완전 임성회복(pr)은 회복유전자좌(Rf locus)의 또 다른 대립유전자라고 생각할 수 있다. 즉, Rf 유전자좌에는 웅성불임을 완전히 회복시키는 Rf와 부분적으로 회복시키는 Rfp 및 회복력이 없는 rf로 구성된다는 것이다. 따라서 pr 유전자를 Rfp (partial restorer-of-fertility)로 재명명하였다. 더 나아가 Rf 유전자좌의 세 개의 다른 대립유전자(Rf, rf 및 Rfp)를 구분할 수 있는 PR-CAPS(MseI과 SphI)와 OPP13-CAPS(HinfI과 BclI) 분자표지를 개발하였다. 이 분자표지는 다음과 같은 육종 과정에 선발마커(marker-assisted selection, MAS)로 유용하게 사용될 수 있을 것이라고 생각한다. (1) 시판 F1 품종의 자식후대로부터 새로운 웅성불임 계통(50%) 및 회복친 육성, (2) 기존 유지친 또는 회복친과 F1 품종과의 교잡을 통한 다양한 유지친 및 회복친 육성, (3) 기존 유지친과 회복친과의 교잡후대로부터 새로운 유지친 육성 및 (4) 기존의 안정한 계통과 불안정한 유지친 또는 회복친과의 여교잡을 통한 안정한 계통 육성 등

식물의 웅성불임 현상은 잡종종자(F1) 생산, GM작물 개발에서 요구되는 유전자의 생태계 오염을 차단하는 수단으로 연구가 수행되었으며 최근에는 유전공학적 방법으로 잡종종자 생산의 대안 가능성으로 연구가 진행되었다. 종자 산업에서 순도가 우수한 F1 종자를 만들기 위해서는 모계(A line)는 웅성불임 형질을 지니고 있어야 한다. 현재까지 보고된 웅성불임 형질은 크게 3가지로 핵 웅성불임(Genic Male Sterility), 세포질 유기 유전자에 의한 세포질 웅성불임(Cytoplasmic Male Sterility), 세포질의 불임 유기 유전자와 이에 대한 핵내 회복 유전자가 관여하는 세포-질핵 웅성불임 (Cytoplasmic -Genic Male Sterility) 이다. 종자 생산의 경제성을 위해서 모계로 사용되는 A line은 세포질 웅성불임, 또는 세포질-핵 웅성불임 유전형질을 지니고 있어야 한다. 그러나 현재 알려진 세포질 웅성불임(CMS) 유기 유전자는 Brassica속에 4종, 옥수수 2종, 벼와 밀에 각각 1종이 보고 되었다. 자연에서 제한적으로 발견되는 웅성불임 형질을 극복하기 위해 유전공학적으로 male-sterile plants의 연구가 진행되었다[특정 유전자(phaA)의 엽록체 형질전환, tapetum specific promoter(TA29)와 cytotoxic 유전자(barnase)를 이용해 초기 약 발달을 억제하여 웅성불임 식물체 유기]. 본 연구에서는 사과의 수술 화분에서 특이하게 발현되는 MdAGP3 promoter와 MdAGP3 유전자의 double strand DNA, cytotoxic 유전자인 ribosome inactive protein(RIP) 유전자를 이용하여 각각 애기장대와 담배에서 웅성불임 식물을 유기하였다. 현재까지의 결과들을 바탕으로 이들 웅성불임 유기 기술과 상업적 활용성에 대해 논의하고자 한다. 본 연구는 농촌진흥청 바이오그린21사업 (과제번호:200702100)의 지원에 의해 이루어진 것임.

토천궁은 개화는 되지만 종자 결실이 이루어지지 않아 주로 종근이나 뇌두에 의해 번식하므로 번식율이 매우 저조한 특성이 있다. 따라서 이의 원인을 구명하고자 자웅배우체 형성과정과 자가수분을 통한 수정현상을 보기 위하여 조사하였던 바 그 결과는 다음과 같다. 토천궁은 대소포자에서 감수분열이 정상적으로 이루어지고 배낭형성에서 난장치는 50% 정도가 정상적으로 이루어지고, 화분형성에서는 90%이상이 잘 이루어졌다. 토천궁의 배낭은 주심조직의 세포가 작아 모든 기관분열에서 관찰하기가 어려웠고 특히 토천궁은 배낭 형성체가 난장치로 발달되는 꽃은 거의 없었으며 화분립은 일부가 형성 되었다.

남성 불임에 있어서 유전적 결함은 중요한 요인 중 하나이다. 정자 형성은 매우 복잡한 과정을 거치므로 생식세포의 완전한 발달을 조절하는데 많은 유전자들이 관여할 개연성이 높다. 이들 유전자 중에서 불임 유발 유전자는 다른 기능은 정상이되 생식에만 제한적으로 영향을 미치는 유전자들로 정의될 수 있다. 불임 남성에게서 Y 염색체의 미세결실(microdeletion)이 자주 관찰되었고, RBM과 DAZ라는 유전자가 그 위치에 존재함이 알려졌다. 또한 상 염색