Fine Mapping and candidate gene analysis of Small Round Grain Mutant dep2-3 in Rice

Abstract

종자 크기는 이삭 당 종자 수, 개체 당 이삭 수 그리고 천립중을 비롯하여 식량작물의 수량을 결정하는 가장 중요한 형질중의 하나이다. 또한 초형은 햇빛에 직접적으로 노출되는 표면적의 양에 영향을 줌으로써 수량에 영향을 주는 매우 중요한 요소이다. Erect panicle은 햇빛을 막아 광합성을 감소시키는 curved panicle과는 달리 햇빛이 직접 잎에 도달하도록 하여 수량을 증대시키는데 도움이 되는 중요한 표현형적 특성이다. 우리는 종자의 크기와 형태, 그리고 초형을 조절하는 다면발현효과를 갖는 새로운 대립유전자인 dep2-3 (dense and erect panicle) 에 대해 밝혀내었다. 화청벼 (japonica) 에 화학적 돌연변이 유도물질인 MNU (N-methyl-N-nitrosourea) 를 처리하여 small round grain과 erect panicle을 나타내는 돌연변이체를 획득하였다. STS (Sequence-Tagged Sites)와 SS-STS (Sub-species Specific Sequence-Tagged Sites) marker를 이용한 map based cloning을 통해 7번 염색체에서 mutation을 발견하였고, 이것이 벼에서 이전에 보고된 dep2 유전자의 새로운 대립유전자임을 밝혀내었다. 이전에 보고된 dep2의 두 대립유전자가 각각 dep2-1 과 dep2-2 로 명명되었기 때문에, 우리는 새로운 대립유전자를 dep2-3라고 명명하였다. dep2-3 는 종자 크기와 식물체의 키가 작고, dense and erect panicle을 가지며 야생형에 비해서 전체적인 초형도 erect한 형태를 보이는 특징을 갖고 있다. 이 돌연변이체와 야생형 (화청) 벼를 교배한 결과 F1의 이삭과 종자가 중간 표현형을 보였다. 따라서 우리는 이 유전자의 야생형 대립유전자가 불완전우성을 보인다는 결론을 내렸고, 이것은 이전의 연구에서 보고된 바가 없었다. 주사전자현미경 (SEM) 관찰 결과 돌연변이체 종자의 폭이 증가하였고, 그에 따라 종자의 형태가 변화하였고, 이것은 glume cell 의 폭이 증가했기 때문이라는 것을 확인할 수 있었다. 표현형 관찰 걸과 dense and erect panicle 표현형은 이삭에서 rachis의 길이, 그리고 primary 와 secondary branch 의 길이가 감소한 결과라는 것을 알 수 있었다.