Sustainable capacity building of the rice value chain in Africa is essential in achieving the rice self-sufficiency and poverty alleviation. The breeding capacity enhancement has also been at the heart of AfricaRice’s mandate. Therefore, the Korea-Africa Food and Agriculture Cooperation Initiative (KAFACI) has concentrated breeding capacity enhancement for young breeders or breeding technicians of national research institutes in the KAFACI member countries. Four-month trainings have been conducted at the Regional Training Center located in Saint Louis, Senegal. The actual practice training is as follows; First is to learn practical skills and techniques of key aspects of rice breeding which are field preparation and layout, sowing, transplanting, fertilizer application, weed control, water management, hybridization/crossing, selection, yield and yield components determination, and rice palatability testing. Second is to learn some theoretical aspects of plant breeding through lectures including basic principles of breeding, evaluation for biotic and abiotic stresses, and statistical analysis. Third is to learn about the accurate use of field and lab equipment for rice breeding. Forth is to learn about proper scientific reporting and presentation. The courses were organized twice per year following two rice cultivation seasons in Senegal. From 2019, a total of 24 trainees participated in the 4 month courses. We believe they have acquired the basic knowledge and skills to implement rice breeding activities indpendently in their countries.

세네갈은 농촌진흥청의 아프리카 국제협력사업의 일환으로 수행되는 「아프리카 다수성 벼 품종개발 ·보급」사업의 주요 회원국으로 본 사업의 효율적 추진을 위해 세네갈의 쌀의 중요성, 쌀 생산 및 육종 현황에 대한 기초정보를 얻고자 조사하였다. 1. 현재 세네갈의 일인당 연간 쌀 소비량은 85kg로서 인구 증가, 도시화 및 쌀의 편의성으로 쌀 수요가 급격히 증가하고 있으나 쌀 생산 부족으로 국내 쌀 전체 수요량의 44%를 해외 수입쌀에 의존하고 있어 쌀 자급자족은 세네갈의 국가정책의 가장 중요한 목표이다. 2. 세네갈에서 쌀 생산은 세네갈 북부에 있는 관개농업과 이기작이 가능한 ‘Senegal River Valley’와 남부세네갈의 까자망스 지역의 천수답지대에서 이루어지고 있으나, 가뭄, 냉해, 염 해, 철분독성 불량토양, 비료 및 제초제 부족, 조류 및 잡초 피해 등 생물학적 제한 요인과 수확후 관리 기반시설 부족, 쌀 운송, 시장형성 등 제도적 제한요인 등으로 쌀 생산이 저해되고 있는 실정이다. 3. 세네갈의 벼 품종개발은 UN산하 농업연구기관인 AfricaRice, IRRI 등과 인도, 스리랑카, 중국, 한국 등 국가 협력과 지원으로 이루어져 왔으며, 1994년 이래 60개의 품종이 개발· 보급 되었다. 그러나 2017년 이후 세네갈 국가육종기관에 의한 품종개발도 이루어지고 있으며 조생종, 수량성, 향을 보유한 품종개발이 주된 육종 목표이다. 4. 현재 세네갈 국내 쌀의 품질과 밥맛에서 수입쌀에 비해 열악하여 소비자로부터 외면당하고 있는 실정으로 향후 세네 갈의 품종육성 목표는 쌀의 품질, 밥맛 및 수량을 동시에 올리기 위한 전략이 최우선시 되었다. 이를 위해 역사적으로 한국의 통일형 품종개발 및 아시아 녹색혁명을 창생시킨 IRRI 의 IR8에서 증명된 바와 같이 자포니카와 아프리카 품종과의 교배를 통한 아프리카 적응 통일형 품종을 육성하는 육종전략이 필요하다.

국내 벼 유전자원의 다양성 확보와 유럽 벼를 국내 육종소재 로 활용 가능성을 검토하기 위하여 유럽의 벼 품종등록 현황을 알아보고 국내에서 재배하면서 주요 농업특성을 조사한 바, 1. EU에 등록 중인 벼는 378 품종으로 이태리와 스페인이 전체 등록품종의 약 88%를 차지하였다. EU는 연 평균 약 20 품종 이상의 신품종이 지속적으로 등록되고 있었으며 주된 등 록 회사는 Lugano Leonardo, Ente Nazionale Risi 등이었다. 2. 최근 재배면적이 확대되고 있는 Imidazolinone 계열의 제 초제저항성 벼 Clearfield® 등록현황을 보면 2009년 이후 모두 34품종이 등록되었으며 연평균 등록 품종수는 3.8 품종이었다. 3. ‘Mare’ 등 유럽 벼 49품종을 국내에서 재배하면서 간장, 출수기 등 주요 농업형질을 조사한 바, 간장은 평균 87.8 cm, 수장은 19.1 cm로 국내 품종보다 다소 크거나 비슷하였다. 주 당수수는 7.4개로 국내 품종보다 적었으며 출수기는 평균 7월 30일로 국내 조생종보다 빠르거나 비슷하였다. 4. 간장은 이태리 품종인 ‘Ronaldo’가 59.4 cm로 가장 짧았 으며 수장은 “Loto”가 28.6 cm로 가장 길었다. 천립중은 평균 27.6 g으로 국내 품종보다 약 5 g 정도 많은 중대립이었고 ‘Kipinar’가 38.2 g으로 가장 높았다. 미립의 아밀로스 함량은 19.1~16.1%의 범위를 보였으며 현미 중 단백질 함량은 평균 8.6%로 국내 품종과 비슷하였다. 5. 이상에서 보면 EU는 재배면적에 비하여 벼 관련 연구와 품종개발이 매우 활발하게 이루지고 있으며 육성 품종의 주요 작물학적 특성도 국내 품종과 비슷하여 국내 육종에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

베트남 메콩 델타 지역은 베트남에서도 쌀 생산이 활발히 이루어지는 지역으로 꼽히고 있으나 기후온난화에 따른 고온 현상 증가로 쌀생산량 감소의 우려가 증대되고 있다. 이에 고온에 따른 벼 피해발생 현황 및 대응 기술에 대한 정보를 제공하고자 한다. 베트남의 평균기온은 2060년 까지 약 2.7oC 증가, 35oC 이상의 폭염은 2030년까지 2달 이상 길어질 것으로 예측되고 있으며 기온상승에 따라 기온이 높은 작기의 벼 생산량이 감소되고 있다. 벼 개화기 온도가 33oC 이상으로 높을 시, 화분의 감수분열에 영향을 미쳐 화분의 활력이 저하되며 수술에서 약의 개열이 감소되어 화분의 방출이 감소될 뿐만 아니라 화분이 암술의 주두에 부착하여 발아 시 발아율을 낮추어 불임 발생이 증가하게 된다. 베트남의 벼 연구소는 고온에 대비하여 베트남 벼 생산의 안정화를 위해서 개화기에 내열성을 가지는 품종 육성 뿐만 아니라 이른 아침에 개화할 수 있는 품종을 육성하고 있다. 또한 재배 적인 측면에서 고온 피해를 줄일 수 있도록 벼 재배시기를 조절하여 기존 3기작에서 고온피해가 큰 시기의 재배를 제외한 2기작으로 재배하는 반면 파종 및 이앙시기를 조절하여 벼의 생육량을 충분히 확보하여 2기작에 따른 수량감소를 최소화하는 연구가 필요하다. 더불어 벼를 재배하지 못하는 무더운 계절에는 농업인의 소득보존을 위해 논을 이용한 물고기 양식 기술 도입하는 것도 필요하며, 시비 방법 등의 개선을 통한 벼 생육량 조절, 물관리 기술 개발을 통한 포장 미세기상변화 등의 연구가 필요할 것으로 판단된다.

The rice growing area in Yunnan province of China can be divided into six regions based on climate weather conditions, altitude, ecotype of rice varieties, eco-system, and so on as follows: the alpine and high elevation area of Japonica rice, the cold and warm area of Japonica rice, the Indica and Japonica rice area, the single and double cropping area, the paddy and upland rice area, and the single cropping area of Indica rice. In Yunnan, the annual acreage of rice cultivation has been maintained about 1 million hectares, only 3.8 percent of China’s paddy fields. Amounts of unhulled rice production in 2013 was estimated to be around 6.7 million tons. And average unhulled rice yield per ha was 5.79 tons to 6.70 tons during 2011 to 2013. The three major breeding stages commonly have been for rice breeding program: selection of purelines from native varieties by the first 1960s.: dissemination of introduced varieties from foreign countries in the mid 1960s through 1970s; and creation of new developed varieties by hybridization followed by selection after 1980s. In terms of developing Joponica rice variety, its breeding objectives has been set differently depending on altitude: high yielding, grain quality, cold tolerance, and adaptable to low nitrogen fertilizer varieties for growing in areas of 2,100 m to 2,600 m above the sea level; high yielding, grain quality, resistance to disease, and cold tolerance varieties for cultivating in areas of 1,800 m to 2,100 m; and high yielding, grain quality, resistance to disease, and lodging tolerance varieties for planting in areas of 1,450 m to 1,800 m. In addition, researchers are breeding Japonica hybrid varieties for improving yield potentials in Yunnan Agricultural University.

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.

직파품종 개발을 위한 특성검정으로 저온발아성을 조사하여 직파적응성에 알맞은 품종개발을 위한 기초자료로 활용하고자1994년부터 2008년까지 육성된 89개 품종을 이용하여 저온발아성을 검정한 결과 최근에 육성한 품종일수록 저온발아율이80% 이상으로 높았으며, 조생종이나 중생종보다는 중만생종의 저온발아율이 높은 경향이었으나 통계적인 유의차는 인정되지 않았다. 또한 최고품질이나 고품질 품종이 초다수성이나안전성 품종보다 저온발아율이 높았다. 품종이 육성된 기관별로 볼때는 직파품종 개발을 담당하고 있는 익산의 벼맥류부육성품종의 저온발아율이 다른 기관에서 육성된 품종보다 높게 조사되었다.

Yield losses due to diseases and insect pests were mentioned and emphasized the efficiency of resistant cultivars in curving the yield losses and increasing chemical efficiency. Present status of resistance breeding for blast, bacterial leaf blight viruses, brown planthopper and white backed planthopper were introduced and the resistance sources for those are discussed. Breeding strategies for above items were presented. Specially for the blast resistance, discussions were made in some detail. With brief future prospects of resistance breeding in Korea, a suggestion was made for pathologists to make clear about whether the blast spores will be brought from mainland China as we see with Bph and Wbph or not.

To diversify the grain size and shape of japonica rice, we developed the Breeding Materials with Diverse Grain Size and Shape (BM_DGS) and characterized the grain and yield-related traits. We used the donor parents Jizi1560 and Jizi1581, japonica germplasm with extremely large grain size. Four cross combinations between the each donor parents and Korean high yielding japonica rice cultivars, Deuraechan and Boramchan, were constructed and anther culture method was applied. Among 290 doubled haploid lines, we selected 91 elite lines with diverse grain size and shape and designated to the BM_DGS. The grain size and shape of BM_DGS exhibited beyond the characteristics of previously developed Korean rice cultivars. The alleles of major grain-related genes, GW2, GS3, and qSW5, in BM_DGS showed two types, wild type or loss-of-function mutant type. The loss-of-function mutant alleles, gw2, gs3, and qsw5, had an effect on increasing grain size. The phenotypic variation of grain length was mostly controlled by GS3 alleles, and grain width and thickness were influenced by the combinations of GW2 and qSW5 alleles. 1,000-grain weight was determined by the combinations of GW2, GS3, and qSW5. The grain-related genes influenced the phenotypic variation of yield-related traits. The result of this study could be useful to elucidate the relationship between the grain-related genes and agronomic traits. And the BM_DGS are being utilized in the breeding programs to diversify the grain size and shape in japonica rice.

A new soybean cultivar ‘Wonhyun’, was developed by mutation breeding technique using a 250 Gy gamma ray at Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) in 2010. ‘Wonhyun’ has black seed coat and much better agronomic performance than original variety ‘Paldal’. Their total yield (177.1kg/10a) is much higher than that of ‘Paldal’ (126.9 kg/10a). Also, 100 seed weight of Wonhyun was 27g compared to ‘Paldal’ (13.7g). Contents of 4 essential amino acids such as aspartic acid, glutamic acid, lysine, arginine and unsaturated fatty acid including linoleic and linolenic acid have much higher than ‘Paldal’. This cultivar is good for cooking with rice as improved functional ingredient soybean.

The goals of this research project are to identify the genes controlling plant architecture through the establishment of foundation for molecular breeding and to develop new rice varieties with useful characters associated with high yield leading to its commercialization. The research subjects of this project are as follows: improvement of plant architecture including tiller angle and number associated to harvest-index, construction of genetic and QTL map related to plant architecture and isolation of target genes, development of molecular markers with high efficiency, and further study for the mechanisms of recombination event and reproductive barrier occurring from cross between subspecies, development of new elite rice varieties with high yield and its commercialization. The isolated genes and products of this research project will be patented and molecular markers for those genes will be applied to breeding procedure. The breeding materials produced as outcomes will be provided to other breeders for further breeding programs. The developed varieties will be patented and registered to the national list of varieties, and will be distributed to our agricultural industries for the increase of its competitiveness and farmer’s income. The patents for genes, molecular markers, and varieties will be licensed out to uphold the agricultural biotechnology industries.

Rice (Oryza sativa L.) is one of the most important staple crops in the world, providing main energy source for more than half of the world’s population. It is even closely associated with economic and political stability in many developing countries of Asia and Africa. These days, moreover, amount of land suitable for the agriculture is shrinking due to a variety factors, such as rapid climate changes and industrializations, while rice eating human populations keeps growing. To meet the nutritional and socio-economic demands worldwide, dedicated efforts in developing superior rice varieties need to be reinforced, accumulating and combining beneficial alleles as much as possible from rice germplams. Here, we propose a pipeline for genome assisted breeding where new genomic technologies including GWAS, omics and evolutionary studies together with follow-up breeding programs are integrated. Once pinpointing candidates genes, the integrated genomics approach allows informed choice of parents for the following breeding program based on the haplotype information, in addition to providing precise molecular marker information. We also conducted proof-of-concept analysis, using various agriculturally important phenotypes for rice improvements.

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.

자포니카형 조생 찰벼의 벼흰잎마름병 저항성 증진을 위하여 내도복 다수성 조생 찰벼인 상주찰벼 배경에 벼흰잎마름병 저항성 유전자 Xa2, Xa3, xa5, Xa21을 도입한 저항성 계통을 여교배와 벼흰잎마름병 생물검정을 통해 육성하였고, 해당 저항성 유전자를 표지하는 DNA 분자 마커를 이용하여 저항성 유전자 도입 여부를 확인하였으며 우리나라 벼흰잎마름병 균계 네 개와 필리핀 11개 균계를 대상으로 저항성 반응을 조사하였다. Xa2가 도입된 HR24465 계통은 우리나라 K1,K2 균계와 필리핀 race 9a에 저항성을 나타냈으며 Xa3가 도입된 HR24666 계통은 우리나라 K3a와 필리핀 race 6을 제외하고 저항성 및 중도 저항성을 나타냈다. xa5가 도입된 HR24668과 HR24673은 필리핀 race 6을 제외하고 모두 저항성 반응을 나타냈으며 Xa21이 도입된 HR24669는 우리나라 K1 균계와 필리핀 race 10을 제외하고 저항성 및 중도 저항성을 나타냈다. 육성된 계통들은 상주찰벼와 같이 조생이면서 찰벼였고 출수기와 수장, 수수, 정현비율 및 백미수량이 상주찰벼와 차이가 나지 않았다. 상주찰벼 배경에 Xa2, Xa3,xa5, Xa21이 도입된 저항성 계통은 벼흰잎마름병 저항성이 부족한 자포니카형 조생 찰벼의 저항성 강화를 위하여 유용한 육종소재로 활용될 것이다.

Since green revolution in 1970s, representing by the ‘Tongil type’ rice cultivars, rice breeding has greatly contributed to the Korean society in terms of self-sufficiency in staple food-grains and development of agricultural industry. During last three decades, conventional rice breeding has successfully enhanced rice commercial value in Korea through developing elite cultivars related with high quality, resistant or tolerant against biotic or abiotic stresses, special-purpose, direct seedling, super yielding, and functional rice. In the meantime, breeding technologies has been also improved by adopting and putting to practical use of theories and technologies of plant science such as mutation breeding, cytoplasmic-genetic male sterility, anther culture mediated haploid breeding, marker assisted selection, and transformation. Rice breeding, meanwhile, is an endless procedure of creating desirable haplotype expressing improved performances of agronomic traits. Narrow genetic diversity of Korean commercial rice lines have been a major limit factor not only in developing breeding lines having resistance and tolerance against biotic and abiotic stresses, but also in expanding genetic availability in terms of widening end-use properties. Although introducing novel allele types might be possible via crosses with wild relatives, it demands additional tedious efforts to restore the unique genetic background of the recurrent parents, which determine commercial value in the market. Moreover, due to most conventional breeding programs are prone to depend on phenotypic selections, addressing the driving force to be a superior haplotype would be very difficult in terms of tagging the chromosomal location of the target loci and estimating their genetic effects. Recently, coupling with the decrease of domestic rice consumption, Korean rice industry has being threatened by rapid changes in environmental, social, and even international circumstances, for example climate change, aging population, and opening of the rice market. To maintain the rice industry as a stable and sustainable growth engine of Korean economy, it is strongly demanded to develop practical strategies encompassing wide variety of available resources including germplasm, bioscience, and manpower. As the role of R&D party, technology convergence followed by communication among stakeholders of rice research would be essential. To the context, based on the hypothesis of the future of Korean rice industry, major schemes related with the issues of 1) High Quality, 2) Cost Reduction, 3) Stable Production, and 4) Consumption Boost would be discussed along with the projections over the achievements and shortcomings of Korean rice cultivars in terms of agronomic traits.

Single nucleotide polymorphisms (SNPs) are the most abundant variation in plant genomes. As DNA markers, SNPs are rapidly replacing simple sequence repeats (SSRs) and sequence tagged sites (STSs) markers, because SNPs are more abundant, stable, easy to automation, efficient, and increasingly cost-effective. We developed a 96-plex indica/japonica SNP genotyping set for genetic analysis and molecular breeding in rice using Fluidigm platform. Informative SNPs for indica/japonica populations were selected from 1536 Illumina SNPs and 44K Affymetrix SNP chip data of Rice Diversity and our resequencing data sets. Selected SNPs were evenly distributed across 12 chromosomes and average physical distance between adjacent SNP markers was 4.38Mb. We conducted genetic diversity analysis of 49 Bangladesh germplasm and check varieties to test a 96-plex indica/japonica SNP genotyping set we developed. High-throughput Fluidigm SNP genotyping system will serve a more efficient and valuable tool for genetic diversity analysis, DNA fingerprinting, quantitative trait locus (QTL) mapping and background selection for crosses between indica and japonica in rice. This work was supported by a grant from the Next-Generation BioGreen 21 Program (Plant Molecular Breeding Center No. PJ008125), Rural Development Administration, Republic of Korea.