자포니카 벼에서 흰잎마름병 저항성 유전자 집적 효과와 농업적 특성 변이
저자
발행사항
청주 : 충북대학교, 2017
학위논문사항
학위논문(박사)-- 충북대학교 일반대학원 : 농생물학과 식물병리학 2017. 8
발행연도
2017
작성언어
한국어
주제어
KDC
524.2 판사항(5)
발행국(도시)
충청북도
기타서명
Effects of Pyramiding to Bacterial Blight Resistant Genes with Japonica Rice Varieties and Variation of Agronomic Traits
형태사항
ⅹⅰ, 128 p. : 삽화, 표 ; 26 cm.
일반주기명
충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호됩니다
지도교수: 차재순
참고문헌 : 85-100 p.
소장기관
This study was carried out to develop a resistance variety against K3a race of Xanthomonas oryzae pv. oryzae, pathogen of bacterial blight through expansion and pyramiding of disease resistant genes. To develop the elite bacterial blight resistance cultivar, the breeding process, major agronomic traits, bacterial blight resistance reaction, and chromosome segments substitution in the advanced backcross lines were analyzed..
1. Advanced Backcross Lines (ABLs) 5 that contains Xa1, Xa3, xa5, and Xa21 was developed from backcross 2 times between Japonica cultivar Hopum having bacterial blight resistant Xa3 gene and Indica cultivar VND95-20 having Xa1, xa5, and Xa21 gene and disease resistance bioassay and marker-assisted selection.
2. Advanced Backcross Lines (ABLs) 21 that contains Xa3 and Xa21, was developed from backcross 2 times between Japonica cultivar Hanggeumnuri having bacterial blight resistant Xa3 gene and Indica variety IRBB21 having Xa21 gene and disease resistance bioassay and marker-assisted selection.
3. The resistance genes of ABLs5 and ABLs21 were amplified by PCR with the molecular markers 19PFXa1 (Xa1), 9643.T4 (Xa3), 10603T.10Dw (xa5) and U1/I1 (Xa21).
4. Hopum, Hanggeumnuri and IRBB3 showed resistance reaction against K1, K2 and K3 races, and susceptible reaction against K3a, K4 and K5 races. VND95-20 showed resistance reaction against K1 through K5 races and IRBB21 was not to K1 race but to K2, K3, K3a, K4 and K5 races.
5. Hopum and Hwanggeumnuri showed susceptible reaction at seedling, tillering and adult stage (all stage), whereas VND95-20 and ABL5-1 showed resistance reaction at all stage. ABL21-1 showed moderate resistance at tillering stage.
6. ABL5-1 and ABL21-1 showed stable-durable resistance against 18 isolates of K3a race and the lesion length were shorter than the donor parents. In cluster analysis, HB4032 isolate showed the highest pathogenicity among 18 isolates.
7. VND95-20 having three R-genes and ABL5-1 having four R-genes showed more pyramiding R-genes effect than IRBB21 having mono R-gene and Anbaeg and ABL21-1 having two R-genes. Analysis of variance showed a significant difference in resistance gene pyramiding effect.
8. The molecular marker polymorphisms and average substituted chromosome segments length of ABLs5 and ABLs21 were 65.0 %, 63.2 % and 118.5 cM, 86.1 cM, respectively. A chromosomal segments insertion of donor occurred in the predicted region of xa5 and Xa21 gene of ABLs5 and Xa21 gene of ABLs21.
9. Days to heading and culm length of ABLs5 and ABLs21 were 105 days, 108 days and 65 ㎝, 76 ㎝, respectively. Number of grains per panicle of ABLs5 is 123, which was higher than the parents. Ripened grain rates of ABLs5 and ABLs21 were 87.3 % and 87.4 %, respectively, which were similar to the parents. The 1000 grain weight of brown rice of ABL5s was 21.6g, which was lower than the parents. Milled rice yield of ABLs5 and ABLs21 were 524 kg/10a and 532 kg/10a, respectively, which was smaller than recurrent parent and higher than the donor parent. Grain length/width ratio of brown rice was Japonica form with short-ellipse, and glossiness of cooked rice was Japonica trait. Head rice rate showed higher score compare to the donor parent and similar to the recurrent parent.
본 연구는 유전자의 확대와 집적을 통해 벼 흰잎마름병균 K3a에 대응하는 저항성 계통을 육성하였고 육성계통에 대한 육종과정, 주요 농업형질, 벼 흰잎마름병원균 저항성반응, 염색체단편 이입을 분석하여 저항성 계통의 기초자료와 재배 효과를 제공하여 우수한 벼 흰잎마름병 저항성 품종 개발에 활용하고자 실험을 수행하였다.
1. 벼 흰잎마름병 저항성 Xa3 유전자를 가지고 있는 중만생 자포니카 품종 호품을 반복친으로, Xa1, xa5, Xa21 유전자를 가진 중만생 인디카 품종 VND95-20를 수여친으로 인공교배 후 2번 여교배하여 ABLs5를 얻었다. 생물검정과 분자표지검정을 활용하여 저항성 유전자 Xa1, Xa3, xa5, Xa21의 집적을 확인하였다.
2. 벼 흰잎마름병 저항성 Xa3 유전자를 가지고 있는 중만생 자포니카 품종 황금누리를 반복친으로, Xa21 유전자를 가진 중만생 인디카 근동질유전자계통 IRBB21을 수여친으로 인공교배 후 3번 여교배하여 ABLs21을 얻었다. 생물검정과 분자표지검정을 활용하여 저항성 유전자 Xa3, Xa21이 집적을 확인하였다.
3. ABLs5와 ABLs21이 보유한 저항성 유전자는 분자표지 19PFXa1(Xa1), 9643.T4(Xa3), 10603T.10Dw(xa5), U1/I1(Xa21)로 PCR 한 결과 모두 증폭되어 저항성 유전자를 가지는 것으로 확인되었다.
4. ABLs와 모부본의 벼 흰잎마름병 레이스에 대한 저항성 반응은 호품, 황금누리, IRBB3가 K1, K2, K3 레이스에 저항성 반응을 보였지만 K3a, K4, K5에는 감수성 반응을 나타냈다. VND95-20는 K1∼K5에 저항성 반응이었지만 IRBB21은 K1에 감수성 반응이었고 K2∼K5에는 저항성 반응이었다.
5. K3a 레이스 균주 접종 시 유묘단계에서 호품, 황금누리, IRBB21, ABL21-1, 분얼단계에서 호품, 황금누리, IRBB21, 성체단계에서 호품, 황금누리가 감수성 반응이었다. ABL21-1은 분얼단계에서 중도저항성을, 성체단계에서 저항성 반응을 나타냈다. VND95-20과 ABL5-1은 전 생육단계에서 저항성 반응을 나타냈다.
6. K3a 레이스 18개 균주 접종 결과 ABL5-1와 ABL21-1은 각각의 수여친보다 병반길이와 표준편차가 작아 안정적인 저항성을 보여주었다. 18개 균주 각각의 반복간 병반길이의 유의차는 없어 균주의 병원성은 안정적이었으며 군집분석 결과 HB4032 균주의 병원력이 가장 큰 것으로 나타났다.
7. 단일유전자를 가진 IRBB21과 2개의 유전자를 가진 안백, ABL21-1 보다 3, 4개의 유전자를 가진 VND95-20와 ABL5-1에서 분산분석 결과 유의차가 인정되어 저항성 유전자 집적효과를 확인하였다.
8. ABLs5와 ABLs21의 분자표지 다형성은 각각 65%, 63.2% 이며 평균 118.5 cM, 86.1 cM의 염색체단편이 이입되었다. ABLs5의 xa5, Xa21 유전자 부위로 추정되는 곳과 ABLs21의 Xa21 유전자 부위로 추정되는 곳에 수여친의 염색체단편 이입이 일어났다.
9. ABLs5와 ABLs21의 주요 농업적 형질의 출수일수는 각각 107일(8월 15일), 108일(8월 16일)로 중만생종이며 간장은 65 ㎝, 76 ㎝ 이다. 수당립수는 ABLs5가 123개로 모부본보다 초월육종 되었다. 등숙률은 각각 87.3%, 87.4%로 모두 반복친과 비슷한 수준이었다. 천립중은 ABLs5가 모부본보다 낮은 21.6 g 이다. 백미중은 ABLs5와 ABLs21이 각각 524 kg/10a, 532 kg/10a로 반복친 보다 작고 수여친보다 많았다. 현미장폭비는 자포니카의 단원형으로, 윤기치도 자포니카의 특성으로 육성되었다. 백미완전립률은 수여친과 큰 차이를 나타냈으며 반복친과 비슷하였다.
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