김치가 세계 5대 건강식품으로 선정되어 세계인의 주목을 받게 되면서 갓의 수요도 점점 증가하고 있어 다양한 갓품종의 육성이 절실히 요구되는 실정이다. 그러나 아직 품종보급 체계가 미흡하여 자가 채종에 의한 자식약세현상, 순도저하, 상품의 불균일 등의 문제점이 발생하고 있다. 본 실험에서는 갓의 F1 품종 육성체제를 갖추기 위하여 유전자원으로 수집한 갓의 순계분리와 자식계통의 육성, 웅성불 임인자의 도입을 통하여 고품질의 갓을 육성하기 위하여 각 조합을 공시하여 조합능력을 검정하고(인도자사이×고흥담양)조합과 (분리 MS 유기계-MS910×일본 적자색갓 8×강화갓 9) 분리계 조합이 우수하다고 판단되어 양친으로 선발하였다. PCR(Polymerase Chain Reaction)과 염기서열 분석을 통해 CMS type을 확인해 본 결과, MS계통 MSLS와 MSLC는 갓에서 보고된 orf263, orf220 및 orf288 CMS 유전자를 미토콘드리아 DNA에 포함하고 있는 것으로 나타났다. 최종적으로 생산력검정 및 농가 실증시험을 실시하였다.

Male sterile line in onion is essential to the development of hybrid varieties. Onion male sterile line 'Wonye30005' was developed by Bioenergy Crop Research Center, NICS, RDA in South Korea in 2010. Lodging date of 'Wonye30005' is May 15th and it belongs to the early maturing type in Korea. We found the male sterile plants in ‘Hamasodachi’, early maturing open-pollinated variety, and the male-sterile plants were cross-pollinated with male fertile line, ‘M330’, the population of F1 showed 100% male sterility and the F1 plants were subsequently backcrossed for five generations. 'Wonye30005' was numbered as ‘MMS77’ in 2009 and the corresponding male parent is called MMSB77. 'Wonye30005' has round bulb shape (Bulb index, 97), cold resistance, and excellent storage quality and average bulb weight is 253g. Flowering date is May 25th and flower bud size is 84 mm in full bloom. The number and length of flower stalks per bulb are 4 and 134 cm, respectively. 'Wonye30005' has been filed in Korea Seed and Variety Service in 2010. Overall, 'Wonye30005' is promising male sterile line for early maturing type hybrid seed production and breeding program. (no 4673)

Hybrid sterility is one of the major barrier to the application of wide crosses in plant breeding and is commonly encountered in crosses between indica and japonica rice varieties. Ten mapping populations comprised of two reciprocal F2 and eight BC1F1 populations generated from the cross between Ilpumbyeo (japonica) and Dasanbyeo (indica) were used to identify QTLs and to interpret the gametophytic factors involved in hybrid fertility or sterility between two subspecies. Frame maps were constructed using a total of 107 and 144 STS markers covering 12 rice chromosomes in two reciprocal F2 and eight BC1F1 populations, respectively. A total of 15 main-effect QTLs and 17 significant digenic- epistatic interactions controlling spikelet fertility (SF) were resolved in the the entire genome map of F2 BC1F1 populations . Among detected QTLs responsible for hybrid ferility, four QTLs, qSF5.1 and and qS F5.2 on chromosome 5, qSF6.2 on chromosome 6, and qSF12.2 on chromosome 12 were identified as major QTLs since they were located at corresponding position in at least three mapping populations. Loci qSF5.1, qSF6.1 and qSF6.2 were responsible for both female and male sterility, whereas qSF3.1, qSF7 and qSF 12.2 affected the spikelet fertility only through embryosac factors, and qSF9.1 did through pollen factors. Five new QTLs identified in this study will be helpful for understanding the hybrid sterility and for breeding programs via inter-subspecific hybridization.

Hybrid sterility is one of the major barrier to the application of wide crosses in plant breeding and is commonly encountered in crosses between indica and japonica rice varieties. Ten mapping populations comprised of two reciprocal F2 and eight BC1F1 populations generated from the cross between Ilpumbyeo (japonica) and Dasanbyeo (indica) were used to identify QTLs and to interpret the gametophytic factors involved in hybrid fertility or sterility between two subspecies. Frame maps were constructed using a total of 107 and 144 STS markers covering 12 rice chromosomes in two reciprocal F2 and eight BC1F1 populations, respectively. A total of 15 main-effect QTLs and 17 significant digenic- epistatic interactions controlling spikelet fertility (SF) were resolved in the the entire genome map of F2 BC1F1 populations . Among detected QTLs responsible for hybrid ferility, four QTLs, qSF5.1 and and qS F5.2 on chromosome 5, qSF6.2 on chromosome 6, and qSF12.2 on chromosome 12 were identified as major QTLs since they were located at corresponding position in at least three mapping populations. Loci qSF5.1, qSF6.1 and qSF6.2 were responsible for both female and male sterility, whereas qSF3.1, qSF7 and qSF 12.2 affected the spikelet fertility only through embryosac factors, and qSF9.1 did through pollen factors. Five new QTLs identified in this study will be helpful for understanding the hybrid sterility and for breeding programs via inter-subspecific hybridization.

The pollen grain is a unique tricellular structure suitable for the delivery of the sperm cells to the ovule. All nutrients required for microspore and pollen cell growth are derived by passage through the anther locule and secretion by the tapetum lining. During later stages the tapetum degenerates but contributes to produce pigments, waxes, lipids and proteins which form the pollen coat and function in signaling between male (pollen) and female (pistil) tissues. The development of both normal pollen and tapetum is necessary for the fertilization processes in rice and would be exploited for the induction of male-sterility which is very useful to improve economic value of crops. We aredeveloping new approaches using a conditional male-sterility for the F1 hybrid seed production in rice. The conventional three parental systems for F1 hybrid seed production requirethe following three lines: male-sterile line, maintainer line, and restorer line. In this system, a critical requirement is to maintain the male-sterile inbred lines. Here we suggest molecular approaches, in which the engineered male-sterile plants are generated by regulating endogenous hormonal balance through the loss-of-function of genes. We can expect the male-sterility can be restored by exogenous applications of hormones such as gibberellin or jasmonic acid. Based on two parental systems, we will address the answer onfollowing question: how can we maintain a male-sterile line producing 100% male-sterile progenies without a maintainer? This work was supported by grants from Crop Functional Genomics Center of the 21C Frontier Program (CG1517), RepublicKorea.

We characterized the resistances such as to waterlogging, Phytophythora and viruses in hybrids between Italian and Korean mother lines and screened them for complex resistances and agronomic traits to select elite multi-resistant lines for hybrid breeding. Resistance to waterlogging was selectable due to diversity of the resistance. Phytophythora resistance introduced from Italian lines could also be combined with resistance to other diseases and restoration abilities from cytoplasmic male sterility that has been maintained in Korean varieties.

Three different male-sterile cytoplasmic lines and their common maintainer 'Zhenshan 97B' and two elite restorer lines were used to study cytoplasmic effects on agronomic trait manifestation per se under different nitrogen supply levels. The result showed that cytoplasmic effects could be modified by nitrogen environments. The cytoplasmic effect on grain yield under 150 kg N/ha varied depending on crosses, while it was significantly negative in most crosses under both 60 and 330 kg N/ha. The correlation and path-coefficient analyses suggested that it was expected to improve cytoplasmic effects through reducing maximum tillers and increasing the percentage of productive tillers, leading to increased productive tillers and higher yield in hybrid rice by the aid of cultural practice and genetic transformation. This study also revealed that the same cytoplasm in different combinations had differential effect under the same nitrogen environment, indicating that cytoplasmic effect was produced by interaction of nuclear genes with cytoplasm rather than cytoplasm per se. These results indicated the usefulness of evaluating diverse cytoplasmic sources in various nuclear genotypes bred for hybrid rice breeding program. The finding also suggested that negative cytoplasmic effect could be effectively overcome by elite restorer lines through the interaction of nuclear genes with female cytoplasm.

화청벼에서 유기시킨 심백경유 및 유전자적 웅성불임 돌연변이계통에 있어서 두 특성간의 상호관련성을 검토하였고, 종실의 몇가지 이화학적 특성을 밝혔다. 돌연변이계통의 생육형질과 불임의 안정성을 조사하였고 웅성불임화시 기를 추정하였다. 이들을 토대로 웅성불임종자의 조기 외관 식별에 의한 새로운 일대잡종품종 육성체계를 구상하였고 자연교잡율도 검토하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약된다. 1. 심백 및 유전자적 웅성불임 돌연변이는 다면발현 효과를 가진 단순열성유전자에 의해 지배되었다. 즉 이 돌연변이계통이 교잡된 분리집단에서 심백종자는 곧 웅성불임종자임을 확인하였다. 2. 심백종자는 외형과 크기는 정상종자와 동일하였으나 배유 중앙부위의 전분결정조직이 성기고 전분입자 모양도 원형~타원형 이었다. 따라서 1,000립중, 절대밀도, 경도 등이 정상종자에 비해 유의하게 낮아졌다. 3. 심백종자의 단백질함량과 알칼리 붕괴도는 정상종자와 동일하였으나 아밀로스함량이 유의하게 낮아졌고, 호응집성에서는 상당히 harder gel 특성을 보였다. 4. 웅성불임식물체는 정상식물체에 비해 초장 및 간장이 현저히 단축되었고 이삭추출이 불량하였으며 주당수수가 유의하게 적었다. 5. 화분발육단계 중 웅성불임화시기는 감수분열기 이전인 것으로 추정되었고, 이 웅성불임은 온도나 일장에 관계없이 항상안정적이었다. 6. 이 돌연변이체를 이용하여 일대잡종을 육성하는 체계를 구상하였고, 그 효율을 세포질적-유전자적 웅성불임(CGMS)이나 환경감응 유전적 웅성불임(EGMS) 등을 이용하는 체계와 비교하였다. 7. 분리집단에서 정조상태로 웅성불임증자를 선별시 비중선 단독으로는 비중 1.14~l.16 g/cm 에서 순도 85~90% 웅성불임종자의 순도로 웅성불임종자를 선별할 수 있었는데, 10~15%의 흔입된 정상종자는 파종 후 유묘 또는 일대잡종생산포에서 생육상태 판정으로 용이하게 제거할 수 있을 것으로 판단되었다. 8. 웅성불임계통의 자연교잡율은 수분조작처리구(GA3 처리+지엽절단+rope 사용 화분털기)에서 화분친 2열, 웅성불임 1열 재식시 17.3%로 가장 높았다.

우리나라 japonica형 품종을 배경으로 육성된 12개 웅성불임계통과 12개 임성회복계통들의 수량에 대한 조합능력을 조ㆍ중ㆍ만생군별로 검토하고 이들간 일대잡종들의 잡종강세정도와 미질특성을 검정한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 공시된 웅성불임계통 중 오대벼 A, 화성벼A, 이리 386벼, 낙동벼 A, 팔굉 A와 임성회복계통중 오대벼 R, 호성벼 R, 이리 386 R, 팔굉 R, 화청벼 R 등의 수량에 대한 조합능력이 우수하였다. 2. 웅성불임계통과 임성회복계통간의 일대잡종에서 수량에 대한 heterobeltiosis는 조생군에서 -17%～15%, 중생군에서 -4～22%, 만생군에서 -46%～30%였다. 3. 일대잡종에서 수량에 대한 standard heterosis는 조생군에서 표준품종 화진벼에 대해 0～26%, 만생군에서 표준품종 화정벼에 대해 -38～26%였다. 4. 잡종강세정도가 정인 조합군에서는 수당영화수, 수수 등이 수량과 상관이 높았고, 부인 조합군에서는 임실율, 천입중 등이 수량과 상관이 높았다. 5. 공시된 일대잡종벼의 amylose 함량은 대부분조합에서 20% 미만이었고, 알칼리붕괴도, 심복백, 투명도, 장폭비 미질 관련 형질도 양호하였다.

우리나라 japonica 벼의 일대잡종을 다양하게 육성할 목적으로 세포질 유전자적 웅성불임인 BTCMS에 대한 임성회복력이 있는 계통 AR-3을 교잡하여 그 F1을 모본으로 하고 조ㆍ중ㆍ만생의 한국 japonica형 벼 4품종씩을 교본 반복친으로 5회 backcross하여 우리나라 벼 품종 배경의 우엉불임 계통과 임성회복계통을 육성하고 이들의 주요 작물학적 특성을 각각의 반복친과 비교한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 우리나라 japonica형 품종의 배경을 갖는 세포질 유전자적 웅성불임계통을 조ㆍ중ㆍ만생군으로 각각 4개씩 도합 12계통 육성하였으며, 동일한 품종의 배경을 갖는 임성회복계통친도 조ㆍ중ㆍ만생군으로 각각 4개씩 12계통 육성하였다. 2. 육성된 웅성불임계통은 조중군에서 소백벼 A, 오대벼,A, 관악벼A, 대성벼A, 중생군에서 화진벼A, 팔달A, 수원 224A, 이리 386A, 만생군에서 낙동벼A, 팔굉A, 화청벼A 및 밀양 97A 등으로 명명하였다. 3. 육성된 임성회복계통은 조생군에서 소백벼R, 오대벼R, 팔달R, 수원 224R, 이리 386R, 만생군에서 낙동벼R, 팔굉R, 화청벼R 및 밀양 97R 등으로 명명하였다. 4. 육성된 웅성불임계통들은 반복친(불임유지친)에 비하여 간장이 단축되는 경향이었으나 출수기, 수장 및 수량구성요소 등은 대체로 비슷하였다. 5. 육성된 임성회복계통들은 반복친과 비교하면 대체로 간장, 수장, 수량구성요소 및 수량의 차이가 없었다.

우리나라 수도품종을 배경으로 한 유전적 자성불임 계통에 우리나라의 재배 품종을 교잡시켜 11개의 일대잡종을 육성하고 이들의 수량, 수량구성요소, 출수기, 잎도숙병반응 및 미질 등을 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 일대잡종들의 수량에 관한 평균 heterosis, he-terobeltiosis 및 standard heterosis는 각각 15.2%. 8.7% 및 17.9 %였다. 2. 수량구성요소 중 주당입수의 잡종강세가 현저하였다. 3. 일대잡종들의 출수기는 양친들과 비슷하였다. 4. 일대잡종들의 잎도숙병반응은 양친 중 저항성이 큰 친의 반응과 같았다. 5. 11개 일대잡종벼의 단백질함량은 10.4∼11.1%, amylose 함량은 20.5∼22.5％였고 알카리붕괴도는 높은 편이었으며 심복백 및 투명도는 양호하였다.

단순열성 유전자에 의한 GMS민 IR36ms에 가야벼, 남풍벼, 신광벼 및 수원 296 등 4개 한국 수도품종을 각각 4회 연속 Bulk로 교잡시킨 BC3 F2 에서 웅성불임 개체를 얻어서 여기에 각 반복친을 1회 더 Backcross시킨 BC4 F2 세대에서 웅성불임 개체들을 선별하였다. 여기에 각 반복친을 교잡시켜 4품종의 Msms 유전자형을 얻고 이를 다시 BC4 F2 에서 선발한 웅성불임 개체(msms)에 교잡시키므로서 가야벼ms, 남풍벼ms, 신광벼ms 및 수원 296ms를 육성하였다. 이들 4개 웅성불임 계통들의 주당수수, 수당영화수, 출수기 및 수장은 모품종과 차이가 있었으나 웅성불임 계통들의 간장은 모품종에 비하여 단축되었다. 동일한 웅성불임 유전자를 가진 GMS 계통도 반복친에 따라 자연교잡 정도의 현저한 차이가 있었다. 가야벼ms는 11.5%, 남풍벼 ms는 13.1%, 신광벼ms는 1.9% 그리고 수원 296ms는 12.7%의 자연교잡율을 나타내었다. 화분친으로부터 15~90cm 거리 내에서는 가야벼 mS 및 남풍벼ms의 자연교잡율의 거리에 따른 차가 인정되지 않았다.

우리나라 수도 품종을 배경으로 한 세포질적 유전적 웅성불임계통들에 우리나라 품종의 임성회복친을 교잡시킨 HR1619A/남풍벼, HR1619A/가야벼, HR1619A/계통234, 통일A/남풍벼, 통일A/청청벼, 수원296A/계통209, 수원296A/계통237, 수원296A/계통252 및 계통201A/계통234 등 9개 Hybrid를 육성하고 이들의 수량 및 수량 구성요소, 흰빛잎마름병 저항성 및 미질을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1 공시된 9개 Hybrid들 중 계통201A/계통234, 통일A/남풍벼 및 HR 1619A/남풍벼 등 3개 Hybrid의 수량성이 높았는데 각각 우수친에 비해 36％, 17％ 및 10％의 증수(Heterobeltiosis)를, 표준품종인 청청벼에 비해 각각 19％, 17％ 및 14％의 증수(Standard Heterosis)를 보였다. 2. 공시된 Hybrid중 HR1619A/가야벼와 수원296A/계통237의 수량은 양친보다 낮았다. 3. 수량구성요소 중 수당입수의 잡종강세가 현저하였고 주당수수, 천립중 및 임실율의 잡종강세는 인정되지 않았다. 4. Hybrid의 흰빛잎마름병 저항성은 양친 중 강한친과 같은 반응을 보였다. 5. Hybrid들의 Amylose 함량은 20.8％∼24.7%였고 딘백질함량은 9.3％∼10.0％, 알칼리 붕괴도는 3.7∼7.0으로서 각각 양친품종과 비슷하였다.

중공의 CGMS (cytoplasmic-genetic male sterility)를 한국품종으로 이전하여 그들을 MS유지계통으로 쓸 경우 이들이 임성회복친과 교잡되어 발현될 것으로 기대되는 수중의 잡종강 세정도를 중공의 CGMS계통 및 그 유지계통들과의 잡종과 대비하여 조사검토하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약된다. 1. 수량의 잡종강세는 heterosis(F1 /MP)로 표현하여 113~221.1% 전체평균 150.5%이었고 hetero-beltiosis(F1 /better p)로 표현하여 86.1~179.8%전체평균 125.3%이였다. 품종군별로는 중공계통들이 가장 높았는데 유지계통들은 MS계통들보다 높았다. 다음으로 높은 것은 임성회복친들이었고 한국품종으로 유지계통들은 가장 낮은 잡종강세를 보였다. 2. 수량구성요소별로 잡종강세를 heterobeltiosis로 표현해 보면 수수는 전체평균 92.7%로 감소되었고 수당입수는 120.0%로 증가했으며 임실율은 103.0%로 유의할만한 변화가 없었고 천립중은 112%로 증가하였다. 증수에 크게 기여한 수당입수와 천립중의 heterobeltiosis를 품종군별로 보면 수량의 그것과 비슷한 경향이었다. 3. 수량구성요소가 수량에 기여한 정도를 임성회복친별 교배조합군별로 검토하기 위하여 경노계수를 계산하였더니 밀양46, 수원294 및 수원287 조합 모두에서 다같이 수당입수가 0.8073~0..8649로 가장 컸고 다음은 천립중으로 0.2000~0.5032이었다. 4. 품종군별 잡종조합의 수량을 교배조합능력이라고 간주하고 이것을 전체평균에 대한 비율로 계산하여 비교했는데 임성회복친 중 밀양46과 수원294는 일반조합능력은 비슷하나 특수조합능력은 차가 있고 S. 287은 일반조합능력이 떨어진다. 유지계통별로는 중공의 유지계통이 가장 높았고 한국유지계통이 가장 낮았다. 중공의 CGMS를 한국품종으로 이전하는데 있어서의 문제점을 검토하였다.