일본 독립행정법인 국제농림수산연구센터(JIRCAS)는 국제벼연구소(IRRI), 농연기구작물연구소 및 수도대학도쿄와 공동으로 인도형 벼 품종의 유전자 중 생산량을 증대시키는 유전자(SPIKE)를 발견하여, 그 효과를 밝혀내었다. SPIKE는 큰 이삭을 가진 인도네시아의 열대일본형재래벼에서 유래한 유전자로, 잎이나 뿌리, 한 이삭의 벼의 수와 같은 형태를 개선하여 현미의 외관품질 저하 없이 인도형품종의 IR64나 IRRI46의 수량을 약 20% 증가시킨 사실을 발견하였다. 본 연구는 향후 동남아시아 및 남아시아 지역의 인도형 품종을 재배하고 있는 열대 개발도상국 지역의 식량 안정 공급에 기여할 것으로 기대된다.
세계 인구의 절반 이상이 벼를 주식으로 살아가고 있으며, 그 중에서도 동남아시아 및 동아시아나 아프리카와 같은 지역에서는 인도형 품종을 주로 재배하고 있다. 이 지역에서는 경제개발이나 인구증가에 의해 점점 쌀 소비량이 증가하고 있으며 2035년까지 26%의 쌀의 증산이 필요한 상황이다. 쌀의 생산량은 1960년대에 일어난 `녹색 혁명`에 의해 도복 저항성의 근대품종개발으로 비약적으로 증가하였고, 그 이후에도 품종 개량을 통해 생산량이 점차 증가했지만, 최근 그 증가가 침체상황에 빠져 개선이 중요한 과제였다.
1990년대 국제벼연구소(IRRI)는 큰 이삭을 가진 인도네시아의 열대 일본형 재래품종을 활용하여, 초형 개량으로 인도형 근대품종의 생산량증가를 목표로 한 New Plant Type(NPT)이라고 부르는 품종개발에 착수하였다. 육성된 NPT품종에는 초형은 개량하였지만, 생산량 증가는 달성하지 못했다. 이 NPT품종을 활용하여 1990년대 중반부터 일본정부갹출금으로 실시한 IRRI일본공동연구 프로젝트에 의해 열대에서 널리 보급되고 있는 인도형 품종 IR64의 개량을 시험하였다. 이 때 육종 소재를 이용하여 NPT품종에서 유래한 qTSN4라고 불리는 한 이삭당 벼의 수를 증대시키는 유전자자리(염색체영역)를 발견하였다. 하지만 품종개발의 효과적인 이용을 위해서는 어느 유전자가 벼의 수를 증가시키는지, 벼의 수 증가가 수량증가에 연결되었는지 상세하게 검토할 필요가 있었다.
본 연구그룹이 qTSN4의 유전자자리를 상세하게 해석한 결과, 한 이삭의 벼의 수나 잎의 폭을 증가시키는 유전자로서 SPIKE를 특정하였다. 교배육종에 의해 이 SPIKE 유전자를 도입한 인도형품종 IR64에서는 한 이삭의 벼의 수가 증가하고, 잎의 폭이 넓다는 것이 확인되었다. (그림1), 그 밖에, 근중(根重), 벼머리의 크기나 관다발수가 증대하여, 현미의 외관품질이 향상되는 것을 확인하였고, 육성한 계통을 IRRI의 현장(필리핀)에서 우기, 건기 각각의 2회에 걸쳐 재배하는 시험을 하여, 수량이 13~36% 증식함을 확인하였다. (그림2)
또한 DNA마커육종에 의해 이 유전자를 도입한 IRRI46(IR64보다도 개량된 인도형품종)에서는 한 이삭당 벼의 수나 잎의 폭에서 같은 효과를 보이고, 수량이 18% 증가함을 확인하였다. (그림3). 또한 DNA마커 육종에 의해 SPIKE를 도입한 동남, 동아시아의 인도형 품종 5종(PSBRc18,TDK1,Ciherang,Swarna,BR11)에서는 전체 모든 품종에서 한 이삭당 벼의 수가 증가함을 확인하였다. 이러한 SPIKE는 벼의 여러 가지 형태적 특성을 개선하는 것으로 수량을 향상시키고, 이것을 주력 품종으로 수량증가의 효과를 발군할 가능성을 시사하였다.
이번에 해명된 수량성 향상유전자(SPIKE)는 DNA마커 육종에 의해 현존 품종에 도입하는 것이 가능하다. JIRCAS에서는 IRRI와 공동으로, 아시아, 아프리카의 보금품종을 개량하고, 또한 농연기구 작물연구소는 일본에서 재배하는 벼 품종의 개량에 착수하였다. 이 SPIKE의 도입에 의해 보다 다수의 품종의 개발이 가능하게 되어, 세계 규모의 식량안전보전에 큰 의의가 있을 것으로 기대된다.
그림1. 인도형품종 IR64의 SPIKE효과
인도형품종 IR64는 수량 증가에 관련된 유전자(SPIKE)의 교배육종에 의해 도입한 계통(사진 A: IR64+SPIKE)에서는 한 이삭당 벼의 수가 증가하고(사진B), 잎의 폭이 커졌다. (그림C)
그림2. 인도형 품종 IR64와 SPIKE의 도입계통(IR64+SPIKE)의 필드 수량 시험 결과. SPIKE를 도입한 벼의 수량이 13~36% 증가하였다.
그림3. 인도형 다수량종 IRRI146의 SPIKE효과 (수량은 필드시험 결과)
인도형품종 IRRI146은 수량 증가에 관한 유전자( SPIKE)를 DNA마커 육종에 의해 도입한 계통에서는 벼의 수나 잎이 같은 증대(사진 A 왼쪽, 스케일은 20cm), 수량이 증가하였다.
키워드 : 벼, 유전자마커, 일본
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.jircas.affrc.go.jp/press/2013/press12.html 제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2014.02.19 16:18
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