Insect cuticle tanning (pigmentation and sclerotization) is a complex and vital process, which includes hydroxylation of initial amino acid, tyrosine, to DOPA and decarboxylation of DOPA to dopamine. In the pigmentation process, dopamine further undergoes two N-acylation reactions to yield N-acetyldopamine (NADA) and N-β-alanyldopamine (NBAD). In the former reaction, arylalkylamine N-acetyltransferase (AANAT1) converts dopamine to NADA, and in the later reaction, aspartate 1-decarboxylase (ADC) provides β-alanine, which is conjugated with dopamine catalyzed by NBAD synthase (Ebony) for production of NBAD. In this study, we performed functional genomics of TmAANAT1, TmADC and Tmebony to determine whether they are required for cuticle pigmentation in Tenebrio molitor adults. Loss of function of these genes by RNAi caused the significantly darker body color than that of control animals. Note that, although all phenotypes exhibited dark cuticle pigmentation, RNAi of either TmADC or Tmebony only altered brownish outer region of the cuticle to dark/black. In contrast, RNAi of TmAANAT1 had no effect on the brown hue of the outer cuticle layer, but less or no pigmented inner region of the cuticle became significantly darker than those of control adults. These results suggest that, like that seen in TcAANAT1- or TcADC-deficient Tribolium castaneum adults, NADA produced by a reaction by TmAANAT1 contributes the lighter inner cuticle layer(s), whereas NBAD appears to do the highly pigmented outer cuticle layer(s) of the cuticle of T. molitor adults. This work was supported by NRFs (NRF-2015R1A6A3A04060323 and NRF-2018R1A2B6005106).

국내 과채류 재배단지의 뿌리혹선충 발생에 관한 조사를 위해 1997년부터 1999년까지 경북 성주군을 중심으로 경기 여주군, 경남 함안군, 충북 청원군 등에서 과채류재배지의 토양을 채집하여 식물기생선충 종류와 밀도 조사, 뿌리혹선충 암컷의 효소표현형에 의한 종 동정을 실시하였다. 경북 성주군의 185개 참외재배 포장 중 99개 포장(53.5%)에서 뿌리혹선충이 검출되었고 나선선충류(Helocotylenchus spp.)는 7개, 둥근꼬리선충류(Aphelechus spp.)는 43개, 환선충류(Criconematid)는 26개 포장에서 검출되었다. 뿌리혹선충 암컷의 Malate dehydrogenase 및 Esterase 등 2가지 효소표현형을 이용하여 한국에 분포하는 주요 4종의 동정이 가능하였다. 효소 표현형을 이용하여 성주군 선남면에서 채집된 13개 시료 중 당콩뿌리혹선충으로 동정된 것이 6포장, 고구마뿌리혹선충 5포장이었으며 2개 포장은 두 종의 혼재하는 것으로 나타났다. 성주군 초전면의 6개 포장 시료 중 4개가 땅콩뿌리혹선충, 1개가 고구마뿌리혹선충으로 동정되었으며 1포장의 뿌리혹선충은 효소표현형이 미동정 종으로 나타났다. 경기도 여주군의 참외재배단지에서는 14개 조사대상 중 당근뿌리혹선충이 11개 포장, 땅콩뿌리혹선충이 3개포장으로 당근뿌리혹선충이 우점종인 것으로 나타났다.

시들음병은 진균성 병원균인 Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans에 의해 양배추(Brassica oleracea var. capitata)에 발병하는 심각한 병해이다. 최근, 양배추의 시들음병 저항성 유전자, FocBo1, 과 연관된 분자 마커 (MTK-C)에 대한 보고가 있었다. 본 연구에서는, MTK-C를 이용하여, 국내 시들음병 저항성 육종을 위한 양배추 육종 계통이 FocBo1 유전자와 연관된 것인지 판별하고자 하였다. 상업적으로 판매되고 있는 ‘대박나’를 대조군으로 하여 6가지의 양배추 육종계통을 통제된 실험실 조건에서, 시들음병을 처리하고, 생물검정에 따른 발병도와 식물체내 병원균의 생체량을 확인하여 육종계통의 시들음병에 대한 반응성을 정확히 평가 하였다. 그결과, KR-518, OK-517은 반복 실험을 통해 병징 뿐만 아니라 병원균의 바이오 매스도 거의 검출되지 않는 강한 저항성을 나타냈고, RK-P6-1, MT-624는 실험실내 병 처리 환경에 따라 그 저항성과 감수성의 정도가 달라지는 각각 중도 저항성, 감수성으로 분류 할 수 있으며, JK-2, HY-164는 병징과 바이오매스 모두에서 병에 대한 감수성을 보임을 확인 하였다. FocBo1 간의 상관관계를 알기 위하여, 6개 양배추 계통의 genomic DNA를 추출하고, MTK-C 마커를 이용하여 PCR을 수행한 결과, 흥미롭게도 감수성 유전자원인 HY-164 식물체에서도 FocBo1 밴드가 관찰 되었다. 염기서열의 차이를 확인하고자 증폭된 밴드를 클로닝하여 sequencing 한 결과 감수성 HY-164와 저항성 KR-518 간의 차이는 없었다. 하지만, HY-164의 식물체에서는 FocBo1 유전자의 발현이 없는 것을 cDNA를 이용한 RT-PCR 결과로 확인 하였으며, 더하여, FocBo1 유전자의 발현 정도가 완전 저항성, 중도 저항성을 결정하는 중요 요인이라는 것을 실험을 통해 확인 할 수 있었다. 더하여, 확인된 MTK-C 밴드의 염기서열을 이용하여 단일밴드로 정확히 FocBo1 발현을 확인할 수 있는 프라이머, FocBo1-C를 만들 수 있었다. 본 실험을 통하여, 국내에서 보유한 6개 시들음병 관련 양배추 육종계통의 정확한 병 반응성을 정리 하였으며, 또한 이들의 시들음병 저항성이 FocBo1 유전자 및 발현과 밀접한 관련이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, FocBo1을 이용한 분자육종에서 저항성과 감수성 판별을 위하여 genome 상의 FocBo1 존재뿐만 아니라 그 발현의 정도도 같이 확인 하여야 한다는 것을 확인하였다.

Enhancing yield has been a major challenge of agriculture. In rice, tiller number is one of the important biomass and yield components. A maize mutant grassy tillers1 (gt1) increases lateral branches in maize. The GT1 gene encodes a class I homeodomain leucine zipper (HD-Zip) protein. In maize, the gt1 expression is induced by shading and is dependent on the activity of teosinte branched1 (tb1), a major domestication locus controlling tillering and lateral branching. To estimate the biological role and agricultural utility of gt1 in rice, rice homologue (OsGT1) has been isolated and its overexpressors and RNAi lines were generated. Field data showed that OsGT1 overexpressors reduced tillers and panicles while RNAi lines increased them, compared to wild type. Shade signal is an important factor in determining lateral branching. To understand the relationship between OsGT1 and shade avoidance, plants have been grown under 50% shading in the field. Also, double genetic combinations with phytochrome mutants (phyA, B, and C) are being examining for tillering phenotype. These ongoing researches will provide insights in determining the action of OsGT1 on branching and shade avoidance in rice.

Plant development represents a balance between phenotypic stability and plasticity in response to genetic and environmental perturbations. This balance was termed canalization - the property of a developmental process of being to some extent modifiable but to some extent resistant to modification. In light of global climatic changes and the need to maintain our current crop productivity rates we aim to better understand the factors that regulate phenotypic canalization. We explored the pattern of canalization of 16 “homologous” traits in 31 varieties of tomato, pepper, eggplant, melon, watermelon, sunflower and maize. We found remarkable similarity in trait canalization patterns where those associated with reproduction and yield were plastic and the rest were consistently stable in all crops. For a particular genotype the highest variation was found for seed number produced per plant while single seed weight was the most stable trait for all entries. These conserved ancestral canalization patterns in higher plants indicated that tomato is as good a system as any to investigate the genetic basis of canalization. Meta analysis of 20 years of “historic” tomato data which is publically available via ‘Phenome Networks’ led to the identification of a number of quantitative trait loci (QTL) of Solanum pennellii origin that affected yield stability. In some hybrids heterosis was shown to be a factor that induced yield stability, an observation that is well documented in modern agriculture. Validation of the effect of these historic QTL was done using a new experimental design that generates multiple estimates of the coefficient of variation of traits as well as their reaction norms in optimal and water stress environments. For example, the introgression line IL10-2-2 did not affect mean yield but doubled its stability in three years of consecutive trials as well as in fine mapping analysis. This 2 Mbp genomic segment is the first QTL identified for yield stability in any plant and we hope that further studies of stable and plastic genotypes will allow us to address the long-standing question of the genetic basis of Waddindton’s theory of canalization.