QTL mapping and candidate gene analysis for ideal plant architectures and stay-green traits in rice

Abstract

현재 벼의 생산력 증대는 농업적인 기술로는 한계에 다다른 상태이다. 앞으로 벼의 생산량을 늘리기 위해서는, 유전기술을 이용하여 수량증진과 관련된 농업적 형질을 조절 할 수 있는 유전자 조작을 통해 벼의 수량증진을 이뤄내야 한다. 이를 위해 우선 농업적 형질과 관련된 유전자좌를 밝혀내어 유전자를 동정할 수 있도록 QTL 연구를 시작 하였다. QTL 연구재료로 SNU-SG1 (자포니카) 과 한국 중남부에서 재배되는 중만생종 벼인 밀양 23호 (인디카) 를 교배하여 얻은 RIL 집단을 사용하였다. 농업적 형질로는 수량 증진과 관련된, 벼의 이상적인 초형을 구성하는 필요한 잎의 넓이와 길이, 이삭의 길이 및 두께, 총장 그리고 분얼의 개수와 관련된 외형적인 형질과, 개화 후에도 지속적인 광합성 작용을 할 수 있게 해주는 기능적 녹색지속성 형질같이 식물의 내부적인 형질이 선택되었다. 이 연구를 통해서 총 42개의 QTL을 동정되었다. 초형과 관련된 QTL은 27곳, 녹색지속성 형질과 관련된 QTL은 크게 3곳이 발견되었다. 총 42개의 QTL중 표현형에 영향을 주는 수치가 10% 이상인 QTL 들을 주력 QTL로 선정하였고, 그 안에 존재하는 유전자들 중에서 후보유전자를 동정하였다. 후보유전자의 동정은 부모형으로 쓰인 SNU-SG1과 밀양23호의 whole-genome sequence에서 발견된 SNP를 중심으로 선발하였다. 선정된 후보유전자는 reference genome인 니뽄바레와 부모형중 하나인 밀양23호는 같고 SNU-SG1에서만 발견되는 SNP를 지닌 총 11개의 유전자들을 선별하였다. 이렇게 동정된 QTL이나 후보유전자는, QTL 분자표지를 기반으로 분자육종을 통해 저투입, 고품질, 다수성 자포니카 벼의 개발이나 후보유전자의 기능 확인 후 유전자조작 식물체를 통해 이상적인 초형 및 수량을 지는 신품종 개발에 유용하게 이용 될 것이다.