본 연구는 품종 간 변이의 폭이 좁은 포도속(Vitis spp.) 유전자원을 대상으로 탄저병 저항성 품종을 판 별하기 위해 국내 주요 재배 품종 및 유전자원 159품종을 공시하고,Colletotrichum acutatum과 C. gloeosporioides를 엽면접종하여 병원성 검정을 수행하였다. 또한, Genotyping-by-sequencing(GBS) 방 법을 이용하여 포도나무 품종 간 유전적 다양성을 비교 분석하였다. 그 결과, C. acutatum을 접종한 잎에서는 58품종은 감수성을, 17품종은 저항성을 나타내었고, C. gloeosporioides를 접종한 경우에는 34품 종이 감수성을, 25품종은 저항성을 나타냈다. 두 균주에 대해 공통적으로 저항성을 보인 품종은 ‘Agawan’, ‘Huangguan’, ‘Xiangfei’ 등 8품종이였으며, 이들 대부분은 유럽종과 미국종의 교잡종으로 분류되었다. 유럽종에 기원한 ‘Emerald Seedless’, ‘Tano Red’, ‘Rem 46-77(Aestivalis GVIT 0970)’ 등의 품종들은 대부분 감수성으로 판별되었다. 따라서 본 연구 결과를 통해 확보된 병 검정 및 유전 분석 결과는 포도나무 병해를 효과적으로 관리하는데 유용하게 활용될 수 있으며, 특히 포도나무 탄저병 저항성 품종들을 개발하고 육성하는데 매우 중요한 육종 소재 및 정보가 될 것으로 사료된다.

식물 병저항성 유도 물질 처리가 오이와 멜론 종자의 발아에 미치는 영향을 분석한 결과, 멜론 종자에 DL-β-amino-n-butyric acid(BABA)와 Jasmonic acid(JA) 처리는 농도에 따라 발아에 큰 영향을 미치지 않았지만 acibenzolar-S-methyl(ASM)과 2,6-dichloroisonicotinic acid(INA)는 농도에 따른 발아율 차이가 심하였다. 반면에 오이 종자는 식물 병저항성 유도 물질의 종류와 농도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었으나, 고농도의 ASM과 INA 처리는 발아가 지연되는 경향을 보였다.

네덜란드와 미국에서 최근에 육성된 절화 및 분화용26품종을 도입하여 무름병저항성 및 개화특성을 평가하였다. 국립원예특작과학원 무가온 비닐하우스내에서 여름재배시 무름병발생 및 생육, 개화특성을 조사한 결과, 무름병은 ‘Picasso’, ‘Dark Eyes’, ‘Murano’가 포장발병율이낮고, 저항성에도 강한 것으로 나타났다. 특히 ‘Picasso’는 포장발병율이 5.8%로 가장 낮았고, 잎절편상처접종법에서도 0.3으로 가장 강한 저항성을 나타냈다. 기형화 발생 수는 ‘Sienna’가 주당 1.6개로 가장 많았고, ‘IntimateIvory’, ‘Pillow Talk’에서는 발생하지 않았다. 개화소요일수는 33일로 ‘Amigo’, ‘Mistral’이 평균 32.6일과 32.8일로 가장 빨랐고 가장 늦은 품종은 ‘Prado’로 75.6일이소요되었다. ‘Aquila’, ‘Tyris’는 절화용 품종으로 주당 절화수량이 각각 평균 4.2개와 4.4개로 많은 다수성 품종이나, 기형화 발생이 많고 무름병에 감수성이었다. ‘PillowTalk’, ‘Mistral’과 ‘Picasso’는 주당 화수가 많을 뿐 아니라 개화까지 소요일수가 짧아 절화분화 겸용으로의 활용도가 높은 것으로 평가되었다. 또한 화경장이 26cm 내외로 짧은 ‘Callifornia Red’와 ‘Tuno’ 등은 분화용으로활용할 수 있을 것으로 평가되었다.

최근 흑토마토는 기능성 토마토로써 소비자에게 각광을 받고 있으며 다양한 품종이 개발되고 있다. 흑토마토 형 질 결정 유전자를 기반으로 흑토마토 판별용 분자표지 셋트를 개발하였으며, 이를 국내 시판 토마토 품종에 적용 시켜본 결과, 대부분의 흑토마토를 정확하게 판별해 낼 수 있음을 확인할 수 있었다. 토마토 반신위조병 (Verticillium wilt)은 Verticillium dahliae와 Verticillium alboatrum에 의한 곰팡이병으로 전형적인 토양전염성 병해이 다. 토마토 황화 잎말림 바이러스(TYLCV; Tomato yellow leaf curl virus)는 담배가루이를 매개로 전염되며, 최근 기 후온난화와 더불어 미국, 남미, 유럽, 동남아시아, 일본, 중국 등지로 확산되고 있어 다양한 TYLCV에 대한 안정적 저항성을 지닌 품종의 육성이 요구된다. 토마토 반신위조병에 대한 저항성 유전자인 Ve1은 extracellular leucine-rich repeat (eLRR) receptor-like protein으로써 cell surface receptor를, TYLCV 저항성 Ty-1은 RNA-dependent RNA polymerase 를 각기 암호화하고 있음이 기존에 확인된 바 있다. Ve1와 Ty-1에 대한 연관 분자표지는 각기 개발 되어 분자육종에 적극 활용 중에 있으나, 본 연구에서는 유전자 염기서열 내의 다형성에 기반을 둔 functional marker의 개발을 진행하였다. 저항성 Ve1과 이병성 ve1의 염기서열 상의 다형성 중, 이병성 ve1에서 premature stop codon을형성하여 저항성 여부를 직접적으로 결정하는 다형성을 기반으로 cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS) 분자표지를 개발하였다. 저항성 Ty-1과 이병성 ty-1의 염기서열 상의 7개의 SNP를 비교분석하여, 단백질 서열 상의 차이를 유도하는 다형성을 기반으로 CAPS 분자표지로 제작하였다. TYLCV 저항성 중 열성유전양상을 보인다고 알려져 있는 ty5저항성에 대해서도 유전자 기반 분자표지를 제작하였다. 본 연구에서 개발된 흑토마토, Ve1, Ty-1, ty5 에 대한 기능성 분자표지는 과색판별 및 병저항성 육종의 효율 및 정확도 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다.

60년대와 70년대의 녹색혁명은 전통적인 육종의 성과이지만, 최근의 육종기술은 유용유전자의 유전자형을 활용한 분자표지 마커를 활용하고 있다. 목적 형질을 갖고 있는 계통을 선발하는 MAS(Marker assisted selection) 마커는 많은 육종가들에 의해 활용되고 있지만, 유전자의 SNP(Single nucleotide polymorphism)을 활용한 MAB(Marker assisted backcross) 마커는 거의 활용되고 있지 않다. SNP 마커는 단 하나의 염기서열의 차이를 구별할 수 있어, 유전적으로 매우 가까운 계통들도 구분할 수 있으며, 자동화 분석이 가능하다는 점에서 활용도가 높다. 솔젠트(주)에서는 내수 및 종자수출에서 차지하는 산업적 비중이 가장 큰 채소작물 중 고추 병저항성 관련 유전자를 활용한 multiplex 고추병 진단 제품을 개발했다. 이 제품에는 오이모자이크바이러스(CMV), 담배 etch 바이러스(TEV), 토마토반점위조바이러스(TSWV), 토바모바이러스(TMV), 세균성점무늬병(BS), Chilli venial mottle virus(ChiVMV), 고추역병에 관련된 저항성 유전자의 SNP을 활용해 개발했으며, 본 제품을 활용해 고추 육종가들이 쉽고 간편하게 육종 소재에 적용해 신품종 육종에 도움을 줄 것으로 기대한다.

Disease is one of the devastating obstacles in the stable crop production. Numerous agronomical and chemical controls have been developed to overcome this problem, but the former is not sufficient for the maintaining the disease under the economic threshold level and the latter is not free from the environmental regulation. One of the most ideal solutions is resistance breeding. Resistance breeding has been majorly dependent on the resistance (R) genes conferring race-specific vertical resistance effective for limited populations within the pathogen species harboring avirulence (Avr) genes encoding effectors exactly matching with R gene products. In spite of its outstanding efficiency, improper management of above cultivars frequently resulted in the resistance break down due to the appearance and domination of the new races in the field. During the last two decades, mechanisms of disease resistance have been characterized and analyzed in the respect of genetics, biochemistry, molecular biology, cell biology, and evolution. Especially, a growing body of investigations has been focused on the resistance effective for multiple races or even more species of pathogen’s infections and also durable and long-lasting. In this manuscript, we will introduce the investigations searching for durable and broad-spectrum resistance and the considerations for their applications in the crop production will be presented.