Screening and histopathological changes of Korean carrot lines for resistance to root-knot nematodes in different soil textures

Abstract

뿌리혹선충은 전세계적으로 재배되는 당근(Daucus carota var. sativa Dc.)의 주요 병원체이며 당근 뿌리의 혹을 유발하고 갈라지게 하는 등의 피해를 주어 당근의 상품성을 잃게 한다. 국내의 당근 재배지중 비교적 따뜻한 온도의 온실에 가장 많이 존재하는 뿌리혹선충은 Meloidogyne incognita이며 시원한 계절에 재배하는 제주도의 노지에서는 Meloidogyne hapla가 가장 많이 분포한다. 저항성 종자의 사용은 이러한 뿌리혹선충을 방제하기에 매우 효과적이고 친환경적이다. 본 연구에서는 두 가지 선충에 대하여 56 개의 당근계통의 저항성여부를 조사하였으며 그 결과 9계통은 두 선충에 모두 저항성이었고, 1 계통은 M. incognita에만 저항성이었으며, 12 계통은 M. hapla에만 저항성이었다. 광학현미경을 통해 침입부위를 확인하였을 때에도 저항성과 감수성 계통은 분명한 차이를 보였다. 또한 당근계통과는 무관하게 선충의 종류에 따라서 저항성 반응이 일어나는 시점이 상이했는데, 상대적으로 M. incognita의 침입 시에는 빠른 조직병리학적 저항성 반응의 특징(괴사를 동반한 거대세포로 완전히 분화되지 않은 비대화된 세포 형성)이 나타났고, M. hapla침입 시에는 느린 저항성 반응의 특징(거대세포 형성 후 세포질의 심한 액포화로 인한 세포의 퇴화)이 나타났다. 더 나아가 뿌리혹선충의 감염력에 토질이 미치는 영향을 파악하기 위해 각 토질별 선충 침입률과 병의 심도(혹 형성과 알집형성)를 조사하였는데, M. incognita는 100% 모래 토양에서 침입률과 병의 심도가 모두 증가하였는데, M. hapla는 100% 모래 토양에서 병의 심도가 크게 증가하였음에도 불구하고 침입률은 다른 토질과 비교하여 유의적인 차이가 없었다. 이러한 결과는 모래 토양에서 뿌리혹선충의 피해가 심해지는 것은 M. incognita의 경우 모래 토양의 높은 공극률로 인하여 선충의 운동성이 증가하여 침입률 상승으로 이어져 선충의 감염력이 증가하였고, M. hapla의 경우엔 모래 토양에서 통기성이 제고되어 이로 인한 뿌리의 생육이 조장되어 뿌리 내 침입한 선충의 발달에 도움을 준 것이 선충의 감염력 증가의 원인임을 의미한다. 이러한 토양 조건은 뿌리혹선충에 저항성인 당근을 검정할 때 선충의 감염력을 극대화시켜 강력한 선충 저항성 당근 계통을 선발하기 위한 유용한 검정시스템을 제공할 수 있을 것이다. 이러한 모든 결과는 한국 당근의 뿌리혹선충에 대한 저항성은 선충의 감염을 우발적으로 피한 결과(병회피)가 아닌 당근과 선충의 상호작용의 결과에서 나타난 진정저항성으로 선충저항성 당근 계통들은 뿌리혹선충 저항성 당근 품종의 개발과 상용화가 가능할 것으로 생각된다.

Root-knot nematodes are major pathogens of carrot (Daucus carota var. sativa Dc.) in the crop-growing regions in the world, causing direct economic loss of the crop due to galling and forking of the carrot roots, rendering the infected carrots unmarketable. The most prevalent root-knot nematode species in Korea are Meloidogyne incognita and M. hapla in greenhouses with warm temperature and in open fields as in Jeju Province during the cool-temperature season, respectively. The use of resistant cultivars is a highly effective and environment-friendly method to control root-knot nematodes. In this study, 56 carrot lines were screened for resistance to both root-knot nematodes, among which 9 lines were resistant to both, one line was resistant only to M. incognita, and 12 lines were resistant only to M. hapla. Resistant carrot lines also showed apparently different responses from susceptible lines in light microscopy which were immediate and relatively slow responses of resistance to the infection of M. incognita and M. hapla, respectively, regardless of carrot lines examined. Furthermore, influence of soil textures on infectivity of root-knot nematode to carrot was examined by inspecting penetration rate and disease severity (gall formation and egg mass formation). For M. incognita, both penetration rate and disease severity were significantly increased in 100% sandy soil

however, for M. hapla, the disease severity was highly elevated in 100% sandy soil even though there was no significant difference in the penetration rate among different soil textures. These results imply that the reason of severe damages reported in sandy soils by the root-knot nematodes may be due to the increased penetration rates of M. incognita in carrots probably by the increased porosity in sandy soil that enhances the mobility of the nematode, but due to the increased growth and reproduction after the penetration of M. hapla probably by the soil conditions favorable for root growths to provide better nutritional materials for the nematode. Screening of the carrot lines for resistance to the nematodes in this sandy soil texture may maximize the root-knot galling and the nematode reproduction rate, which is useful for the powerful selection of carrot lines with a strong resistance.