* 육종: 인간이 원하는 특성을 가진 식물을 만들어내는 농업 기술
(변이집단에서 우량한 유전자형을 선발하여 신품종으로 육성,보급하는 과학기술)
* 왜 식물 육종을 해야하는가?
- 인구수가 늘고 있음
- 지하수위(water table)이 줄고 있음
- 기후변화가 일어나는중
(식물 육종은 여러 학문분야가 필요하다)
* 육종 목표 설정
- 기존 품종의 결점, 농업인과 소비자의 요구, 미래 수요를 고려해 신품종이 갖추어야 할 특성을 구체적으로 정함
1. 신품종의 필요성: 사회, 경제적 여건의 변화와 관련있음
식량 부족 -> 다수성 품종
소득수준 향상 -> 양질성 품종
생산 환경의 변화 -> 환경 스트레스 저항성 품종
생태계 보존 -> 복합저항성품종
농업인구 감서 -> 생력화, 기계화 적응성 품종
[육종 목표의 설정- 품질]
* 품질: 시장성을 결정하는 가장 큰 요인
- 재배식물의 종류과 이용목적에 따라 다름
- 고부가가치 농산물의 생산의 필수조건(소득수준 향상과 연계)
(같은 식물이라도 재배자, 유통업자, 판매자, 가공업자 소비자 등의 입장에 따라서 요구하는 품질에 차이가 있음)
* 외관 형질의 개량
- 픔질과 관련된 외관 형질은 생산물의 모양, 크기 등 포함
- 소비자 기호 다양 -> 다양한 특성의 품종 요구
- 수확 단계에서 검정
* 소비 특성의 개량
- 식미: 맛과 향기를 나타내는 화학적 특성 및 혀의 촉감 등 물리적 특성이 관련되어 있음
- 쌀: 아밀로오스 함량
- 포도: 당 함량, 향기 등
[육종 목표의 설정- 비생물학적 스트레스]
* 비생물학적 스트레스:(빛, 오존, 방사능, 물, 온동 등)
저항성 -> 환경 스트레스: 여름 이상 저온 -> 내냉성, 겨울 저온 -> 내동성, 고온장해 -> 내열성 등
[육종 목표의 설정- 생물학적 스트레스 저항성]
* 생물학적 스트레스: 살아있는 유기체(곰팡이, 박테리아)를 통해 식물에 피해
- 기후변화와 과다한 화학 약제 사용 -> 병해충의 변이, 환경오염 발생 -> 저항성이 붕괴됨 -> 내병성, 내충성 품종이 필요
* 전통육종 과정
1. 육종목표 설정: 기존 결점, 소비자 요구, 미래 수요를 고려해 특성을 구체적으로 정함
2. 육종재료 및 육종방법 결정: 가장 적합한 육종재료 선정, 효과적인 육종방법 선정
3. 변이작성: 목표형질의 유전자형 포함
4. 유망계통 육성
5. 신품종 결정 및 등록
6. 신품종 증식 및 보급: 보급 종자는 건전해야하며, 영양번식식물은 Virus free여야함
* 과수유전육종의 특성
- 신품종 개발 특허권 부여: 존속기간 20년, 과수와 임목 25년
- UPOV(international union ofr the protecttion of new varieties of plant): 세계 식물 신품종 보호협약
-과수 육종의 특이성
(영년생 작물인 과수는 1,2년생 초본식물과 재배적, 생리적 특성이 다르기 때문에 육종체계 다름)
1. 다른 작물에 비해 불리한 점
- 유년기 길다
- 넓은 재배 면적
- 교배 범위 한정: 대부분 과종이 자가불화합성, 교배불친화성
- 잡종성: 유전적 조성과 유전자의 우열관계 미구명
2. 다른 작물에 비해 유리한 점
- 영양번식으로 종자의 순도나 영속성이 문제 x 일단 우량한 개체 선발되면 형질 그대로 증식 가능
* 과수 육종의 목표
- 접수와 대목으로 구성 -> 육종 목표 상이
<접수품종 육종의 목표>
1. 내병성
2. 내충성
3. 불리한 환경에 대한 저항성
4. 품질의 우수성
5. 다수성
6. 생력재배의 적응성
7. 수송 및 저장성
8. 가공적성
9. 기능성
10. 특이한 형질
<대품목종 육종의 목표>
1. 토양적응성
2. 병충해 적응성
3. 수세조절: 왜성대목 -> 수세조절: 과실이 너무 많으면 조절하여 적절한 크기 만드는 것), (과수의 키를 작게 만들려고 쓰는 대목)
4. 조기결실성, 내병충성
- 접목친화성, 내한성, 내건성, 내습성 etc
* 육종 방법과 기술
(도입육종, 교잡육종, 돌연변이육종, 배수체육종, 분리육종, 세포공학적 육종, 유전자조작 기술 이용 육종)
1. 도입육종
- 외국으로부터 도입하여 육종재로 쓰거나 바로 실용적 품종으로 등록
2. 교잡육종법
- 품종간 또는 계통 간 교잡을 통하여 새로운 변이 창출 -> 우량계통 선발 등
(1) 유전자원
재배종 + 야생종
무조건 많아야하지만 -> 유지 힘듦
보존: 포장, 조직배양, 초저온냉동보존
우리나라: 농촌진흥청 농업유전자원센터
(2) 교배
교배모본 선정: 교배불친화성, 잡종강세 현상을 미리 알고있어야함
인공교배(봉지 씌우기, 꽃가루 채취 및 저장, 제웅)
(3)실생의 획득과 관리
- 교배종자 휴면타파 (저온층적저장: stratification- 3개월 이상)
(4) 조기검정
- 생장부진개체, 백자, 반엽개체
주요 병충해에 대한 이병성 개체: 대부분 첫해에 제거
연관성 분석: 유식물의 표현형과 성목의 특성
DNA 검정: 분자표지이용선발(maker assisted selection, MAS)
* 이종교잡 외의 육종의 원리와 기술
- 돌연변이 육종기술: 인위적으로 돌연변이를 만들기 위해 화학약품이나 방사선을 이용함
돌연변이(mutation)
- 유전자돌연변이
- 염색체돌연변이
- 게놈 및 세포질돌연변이
1. 아조변이(지변: bud mutation)
- 1개의 눈에 자연적인 체세포돌연변이가 일어나는 것
- 눈 전체 또는 일부 돌연변이 -> 키메라(chimera)
- 외관 관찰에 용이한 것에서 많이 이용: 색, 크기, 숙기, 모양 등
(교배육종에 장기간이 소요되는 과수의 경우 변이가 생긴 과실을 직접 확인하고 바로 선발하여 영양번식 하여 상업화가 가능 -> 장점)
2. 배수체 육종법
- 염색체 배수성의 변이에 따른 특성변화를 이용
- 성세포의 염색체가 감수분열 실패 -> 배를 형성
- 인위적 배수체 유기 약제 -> 콜히친(colchicine)
- 사과, 포도, 감귤중 일부, 대부분 키메라
(반수체)
- 염색체를 배가하여 동질접합성인 배체식물을 육성할 수 있다는 이점
단점: 발생빈도가 극히 적음, 식물체가 약함, 가끔 불임성 발생
3. 생명공학을 이용한 육종
(1) Agrobacterium을 이용한 형질전환
(2) 유전자총을 이용한 형질전환
(3) 전기충격을 이용한 형질전환
(4) 유전자 가위(CRISPR)를 이용한 형질전환
4. 생명공학육종법
- 과수분야에서는 실용화를 위한 연구 단계
(1) 조직배양(tissue culture)
- 원연종 및 속 간의 생식격리 장벽 극복 및 회피수단
- 체세포변이 선발, 무병주/무독묘 생산
-유전자원 보존
(2) 세포융합 (cell fusion)
- 나출원형질체(protoplast)를 융합시키고 융합된 세포 배양하여 식물체 재분화
- 원연식물 간 잡종육성, 유용물질 생산, 유전자 전환, 세포 선발
(3) 유전자전환(gene transformation)
- 외래유전자를 직접 도입하여 새로운 형질 발현
- 목적하는 소수 유전자만을 도입, 잡종성 강함
(4) 외래유전자(재조합 DNA) 도입방법
1. 토양박테리아인 agrobacterium tumefaciensdml Ti-plasmid를 이용 외래유전자의 운반 벡터로 이용
2. 유전자총 이용
3. 전기천공법
4. 계면활성제인 PEG(polyethylene glycol) 이용
5. 레이저광선 조사
* 과수육종법 총정리
- 도입육종법 -> 육종법으로 잘 안침
- 교배육종법 (교잡육종법)
- 돌연변이 육종법 -> (아조변이 육종법) 포함
- 배수체 육종법
- 생명공학 육종법 (CRISPR)