최근에 감에서 떫은맛을 조절하는 AST에 연관된 지역에서 분자 표지들이 개발되었다. 이중에서 sequence characterized amplified region (SCAR) marker는 5R region에 인접한 지역에서 개발되었다. 하지만 이 SCAR마커는 분석 방법이 다소 복잡하고 해석이 어려워 많은 교배실생을 분석할 경우에는 적합하지 않다. 우리는 5R 지역의 sequences에 기반하여 high-resolution melting (HRM)-based 분자 표지를 개발하였다. 개발된 HRM preimer set을 8개 품종의 단감 및 떫은감에 대해 적용한 결과 단감 품종에서는 직선을 나타낸 반면 떫은감 품종에서는 다양한 크기의 곡선으로 나타나서 차이를 확인할 수 있었다. 결과적으로 이번 연구에서 개발된 HRM primer set은 분자 표지를 활용한 감 품종 육성 연구에 매우 효율적으 로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 논문은 국제벼연구소(International Rice Research Institute: IRRI)의 분자육종체계의 현황을 살펴보고, 국제적으로 시장중 심의 육종체계로 변화함에 따라, 새로운 분자마커 이용 육종 법이 갖추어야 할 조건에 대해 논하였다. 벼에 있어서 신품종 개량을 위한 분자생물학의 도움을 받는 분자육종법은 재해 및 병충해 저항성과 수량 및 품질 제고에 전반적으로 활용되고 있으며, 관련 계통 및 품종이 속속 개발 되고 있다. 국제벼연구소는 기후변화 및 자원부족에 대응하면 서도 수량과 품질의 저하가 없는 쌀 품종을 개발하기 위해, 분자육종법을 적극 활용하고 있다. 지역적으로 시장구조별로 특화시킨 품종개발프로필(VDP)을 개발하고, 그에 맞는 형질을 발굴하여, 빠르게 우수형질에 도 입하기 위해서 분자표지를 이용한 육종이 활용될 수 있다. 각 형질은 유전적으로 우수하고 분명한 효과를 보이는 것으 로서, 분자마커는 해당 형질에 강하게 연관되어야 유용하다. 성공적인 분자표지육종법을 위해서, 고효율 유전분석법, 생장 촉진 및 세대촉진법, 연관마커 신속 설계 및 분석, 중간계통의 효율적인 표현형 검정법 개발이 필수적이다. 최근에는 차세대유전체분석법 (NGS)의 발달로 저렴하게 계 통의 유전체 분석이 용이해졌고, 이를 위해서 생물정보학과 유 전체학의 도움을 받는 유전체선발법이 개발되었다. 향후 성공적인 대량 신속 계통육성을 위한 분자육종법의 도 입을 위해 필요한 기술과 연구 제목을 제안하면, (1) 경제적 가치평가 기술과 합리적 효과 판정의 적용 (2) 체계적인 기본 식물 관리, (3) 온실 및 농장 전산화, (4) 계통육성시스템과 유전분석시스템의 일체화, (5) 유전분석 비용의 경제화, (6) 대 량 형질 및 유전자 추출 연구, (7) 다형질간 상호작용 연구, (8) 세대촉진법, (9) 육종가를 위한 결정지원소프트웨어 개발, (10) 집단개량 및 집단선발법의 체계화, 그리고 (11) 인위적 변 이 기술과의 접목 등이다. 분자육종법을 이용한 품종개량의 개발이익은 경제사회적으 로 그 효과가 적절히 평가될 때만이 궁극적으로 소비자와 농 민에게 이익을 제공하는 의미를 갖게 될 것이다.

Hedera helix 11계통, Hedera rhombea 3계통, Fatshedera lizei 1계통, 그리고 Fatsia japonica 1계 통을 수집하였다. RAPD primer 10개를 이용하여 수 집된 3속의 재료들의 유전적 다양성을 측정하였다. 3 속을 재료로 사용하여 밴드간 96.9%의 높은 다형성을 보였다. 총 97개의 RAPD 밴드를 이진화하여 UPGMA 방법을 이용하여 계통도를 작성하였다. Hedera helix 계통들은 모두 1개의 그룹에 속하였으며 8계통의 유전 적 거리는 극도로 적었으며 나머지 3계통 역시 유전적 으로 가까웠다. 하지만 형태적으로는 높은 다형성을 보 였다. 따라서 수집된 유전자원을 이용한 돌연변이체 개 발이 가능성이 있는 방법으로 제시되었다. Fatsia japonica는 유전적으로 관계성이 적어 다른 종들과 평 균 0.63의 유전적 거리를 보였다. Hedera helix와 Fatsia japonica 속간 교배를 통하여 개발된 Fatshedera lizei는 Hedera rhombea 계통들과 함께 계통도에서 위치하였다.

본 연구과제의 목적은 1) 양질 다수성 콩 기술 이전, 2) 양질 다수성 콩 품종 출원, 3) 고밀도 유전자지도 작성을 통한 다수성관련 QTL 동정 및 다수성 형질 연관 마커 개발, 4) 콩 품종 판별 마커 개발, 5) 기능성 콩 가공식품 개발이다. 이를 위해 당해연도는 양질 다수성 콩 품종 육성을 위한 생산력 검정 및 지역적응성 검정을 실시하고 초다수성 우량 계통 육성을 위해 1단계 사업에서 선발된 우량 계통들을 지속적으로 세대진전하고자 한다. 특히 다수성관련 형질연관 QTL 동정을 위해 길육69 x SS0404-T5-76 RIL 집단(400계통)을 육성하였고 이 집단을 이용한 고밀도 유전자지도 작성하고자 한다. 먼저 모부본 염기서열 변이 탐색 및 RIL들의 다수성 형질 표현형을 조사할 것이다. 한편, 품종보호 및 종자순도 관리에 있어서 중요한 분자 마커 개발을 위해 주요품종들에 대한 SSR 마커 분석을 실시하였다. 당해연도에는 1단계 사업에서 개발된 ‘CJ행복한1호’ 콩 품종 육성을 위한 채종포를 제주도와 괴산 등지에 조성하며 두부 장류용 우량 계통 SS408-T5-99 에 대한 제품 생산 가능성 분석하고 장류발효과정 중 아이소플라본의 성분 변화를 분석할 것이다.

차세대 DNA 염기서열 분석장비 (NGS)의 발달은 유전체 대상의 DNA 정보 생산에 필요한 가격과 시간을 획기적으로 단축시켰고, 그 결과로 많은 식물들의 신규 유전체 정보가 생산 되고 있다. 또한 transcriptome, non-coding RNAs, methylome 등의 NGS기반의 데이터들은 유전체 sequence내에 유전자의 위치탐색과 유전자간 또는 유전자와 regulatory element 간의 관계를 규명하여 유전체에 대한 통합적 이해를 돕고 있다. 벼, 콩, 옥수수, 토마토, 고추, 배추 등 주요 농업작물 표준유전체 정보의 완성은 유전체 정보를 분자육종 이용할 수 있는 기반을 제공하였으며, NGS기술 (resequencing 또는 Genotype-by-Sequencing)을 통한 다양한 유전자원대상의 유전변이 정보의 생산은 유전체 정보를 육종에 적극 활용하여 중요 농업 형질과 연관된 유전적 변이를 발견하고 이를 작물개량에 활용할 수 있는 환경을 제공하고 있다. 유전체기반 분자육종시스템은 분자육종의 현장에서 효율적이고, 실용적으로 사용될 수 있는 시스템을 개발하기 위해 3가지의 목표를 가지고 수행한다. 1) 각기 산재되어있는 다양한 유전체정보 (유전체, 전사체, SNP정보, 분자마커 정보, 표현형 정보 등)를 수집하여 통합 유전체 데이터베이스화 하여 시스템 내에서 유전체, 전사체 정보를 정보를 비교, 분석이 가능한 형태로 운영하며 상호 연결된 정보를 제공하도록 구축한다. 2) 또한 최근 들어 농업에 적극 활용되는 NGS기반의 SNP genotyping에 필요한 효율적 파이프라인을 제공하여, GBS 또는 resequencing 기반의 데이터를 효율적으로 분석하고 그 결과를 토대로 genetic map구축, QTL동정, association mapping, 분자마커 개발 등에 효율성을 주는 시스템을 개발하고 3) 유전체정보와 변이정보를 연동하여 visualization 할 수 있는 브라우저와 분자마커 개발에 필요한 도구의 개발이다. 통합유전체 데이터베이스, 효율적 genotyping 시스템, 통합브라우저 등의 구축은 데이터의 생산과 분석에 표준화된 지표, 용이성을 제공하여 고도화된 유전체 정보를 분자마커 개발, QTL 탐지, 후보 유전자 동정 등 분자육종에 효율적으로 활용할 수 있게 하며, 이를 통해서 분자육종의 선진화와 종자산업의 활성화에 기여하고자 한다.

최근 들어 다양한 신규 유전체 정보의 집적이 기하급수적으로 증가하고 있으며, transcriptome, non-coding RNAs, methylome 등의 데이터 생산 또한 급속하게 증가하고 있다. 이는 차세대 DNA 분석장비의 혁신적 진보에 기인한 현상으로 다양한 omics기반의 데이터를 활용하여 유전체 및 유전자 발현, 조절 등에 대한 통합적 이해를 돕고 있다. 또한 주요 농업작물의 표준유전체 완성과 resequencing 또는 Genotype-by-Sequencing 등의 NGS 기술을 이용한 genotyping의 접목은 다양한 유전자원대상의 NGS 데이터 생산을 가속화 시키고, 이들 정보를 이용하여 중요 농업 형질 연관 유전적 변이를 발견하고 이를 작물개량에 활용할 수 있는 환경을 제공하고 있다. 유전체기반 분자육종시스템은 분자육종의 현장에서 효율적이고, 실용적으로 사용될 수 있는 시스템을 개발하기 위해 3가지의 목표를 가지고 수행한다. 1) 각기 산재되어있는 다양한 유전체정보 (유전체, 전사체, SNP정보, 분자마커 정보, 표현형 정보 등)를 수집하여 통합 유전체 데이터베이스화 하여 시스템 내에서 유전체, 전사체 정보를 정보를 비교, 분석이 가능한 형태로 운영하며 상호 연결된 정보를 제공하도록 구축한다. 2) 또한 최근 들어 농업에 적극 활용되는 NGS기반의 SNP genotyping에 필요한 효율적 파이프라인을 제공하여, GBS 또는 resequencing 기반의 데이터를 효율적으로 분석하고 그 결과를 토대로 genetic map구축, QTL동정, association mapping, 분자마커 개발 등에 효율성을 주는 시스템을 개발하고 3) 유전체정보와 변이정보를 연동하여 visualization 할 수 있는 브라우저와 분자마커 개발에 필요한 도구의 개발이다. 통합유전체 데이터베이스, 효율적 genotyping 시스템, 통합브라우저 등의 구축은 데이터의 생산과 분석에 표준화된 지표, 용이성을 제공하여 고도화된 유전체 정보를 분자마커 개발, QTL 탐지, 후보 유전자 동정 등 분자육종에 효율적으로 활용할 수 있게 하며, 이를 통해서 분자육종의 선진화와 종자산업의 활성화에 기여하고자 한다.

지금까지 밥맛특성이 우수한 품종을 육성하려는 노력이 부단히 진행되고 있으나, 저세대에서 미질을 평가하는 기준과 지표가 미흡한 실정이다. 고식미 품종육성과정 중 저세대에서 고식미계통을 선발하기에는 어려운 실정이다. 본 연구에서는 DNA분석에 의한 식미회귀식값을 자포니카 간의 교잡에서 유래된 저세대 계통선발에 적용하여 선발효율성을 관행육종법과 비교분석하였다. 9개 교배모본들을 군집분석하여 그룹간에 식미회귀식값과 밥의 윤기치의 연관분석을 실시한 결과, 유의성이 있었다. 분자육종법과 관행육종법으로 계통을 선발한 결과 선발집단규모는 각각 34.4%, 38.6%로 비슷하였고, 분자육종법과 관행육종법을 병행하였을 때는 19.5%로 집단규모가 상당히 줄었다. 밥의 윤기치와 식미회귀식값은 집단간에는 차이가 있었으나, 육종방법에 따라서는 차이가 없었다. 식미회귀식값은 13개 DNA마커를 가지고 값을 구하게 되는데, 본 실험에 사용된 교배조합에서 양친 간에 다형성을 보이는 DNA마커는 3～7개로 상당히 적어, 식미회귀식값을 구하여 표현형을 설명하기에는 부족한 것으로 생각된다. 식미회귀식값에 의한 고식미계통선발을 하려면 교배조합별로 DNA마커조합과 식미회귀식값을 다시 산출해서 사용을 하거나, 식미회귀식에 활용되는 모든 DNA마커에 다형성을 보이는 교배조합을 선정해서 적용한다면 어느 정도 효과가 있을 것으로 생각된다. 본 실험에 활용된 식미연관 13개 DNA마커에 의한 식미회귀식값은 모든 조합의 육종집단에서 선발에 활용하기는 어려울 것으로 생각된다.

‘안미’는 농촌진흥청 국립식량과학원과 국제미작연구소 간의 협력으로 분자육종법을 이용하여 2010년에 육성한 중만생 고품질 복합내병충성 품종이다. 지역적응시험을 3개년(2008~2010)간 수행한 결과, ‘안미’는 중부평야지에서 보통기 보비재배 시 출수기는 8월 15일로 ‘화성’보다 5일 늦은 중만생종으로 쌀수량은 보통기 표준재배에서 5.76 MT/ha로 ‘화성’보다 11% 증수되었다. ‘안미’는 ‘화성’에 비해 간장(77 cm)은 작고 수당립수는 많으나 등숙비율은 다소 낮았다. ‘안미’는 현미 장폭비가 1.84인 단원형이며 백미는 심복백 발현이 거의 없어 맑고 투명하다. ‘안미’의 알카리 붕괴도와 단백질 함량은 ‘화성’과 비슷하고 아밀로스 함량은 조금 낮았반면, 식미평가에서 밥맛은 매우 양호하였다. ‘안미’의 재배시험 과정 중 위조현상은 관찰되지 않았으며 성숙기 하위엽 노화는 늦은 편이었다. ‘안미’는 ‘화성’에 비해 수발아에 둔감하였고 내랭성 평가 중 적고는 나타나지 않았으나 임실율은 다소 낮았다. ‘안미’는 도열병, 벼흰잎마름병(K₁, K₂, K₃), 줄무늬잎마름병 및 벼멸구에 강한 저항성을 발현하였다.

Maize is one of the most important food and feed crops in the world including Southeast Asia. In spite of numberous efforts with conventional breeding, the maize productions remain low and the loss of yields by drought and downy mildew are still severe in Asia. Genetic improvement of maize has been performed with molecular marker and genetic engineering. Because maize is one of the most widely studied crop for its own genome and has tremendous diversity and variant, maize is considered as a forefront crop in development and estimation of molecular markers for agricultural useful trait in genetics and breeding. Using QTL (Quantitative Trait Loci) and MAS (Marker Assisted Breeding), molecular breeders are able to accelerate the development of drought tolerance or downy mildew resistance maize genotype. The present paper overviews QTL/MAS approaches towards improvement of maize production against drought and downy mildew. We also discuss here the trends and importance of molecular marker and mapping population in maize breeding.

고품질 벼 품종육성과정에서 고식미계통을 저세대에서 선발하는데는 많은 어려움이 있다. 최근에는 식미연관 분자표지들이 개발되고 있는데, 본 시험에서는 이러한 분자표지를 자포니카간 교잡계통에 적용하여 육종적 활용 가능성을 검토고자, 자포니카 4개 조합에서 육성된 F3계통을 관행선발과 분자표지에 의한 선발(MAS)로 나누어 선발하였다. 분자표지는 G4등 SNP마커 13개를 분석하였고, 이들 분자표지에 의한 식미회귀식값을 구하여 고식미계통을 추정하여 선발하였다. 관행선발에 의한 선발비율은 38%, MAS에 의한 선발비율은 34%였다. MAS와 관행선발을 병행하여 선발하였을때는 16%의 계통이 선발되었다. 분자표지 13개로 교배모본들을 군집분석한결과, 2개 군으로 나누어지며, 1군의 교배모본들이 식미회귀식값과 밥의윤기치가 2군보다 높게 나타났다. 분자표지분석에 의한 식미회귀식값은 교배조합별 모본들 간에는 상관관계가 일정한 경향을 보이지는 않았지만, 전체 모본들에 대해서는 유의한 상관관계가 인정되었다. 본 시험에 사용된 분자표지들은 식미관련 밥의윤기치가 높은 계통을 선발할 수 있는 확률이 높을 것으로 기대된다.