리나라 벼 품종 차이 고속·대량 으로 판별한다- 농촌진흥청, KASP 마커 1,225개 개발

 

 

□ 농촌진흥청(청장 허태웅)은 우리나라 벼 품종 간 유전적 차이를 빠르게 분석할 수 있는 고속대량분석 마커 1,225개를 개발했다.

 ○ 우리나라 고품질 밥쌀용 벼 품종인 온대 자포니카형 품종은 인디카 등 다른 품종과 달리 유전적으로 서로 가까워 품종 간 차이를 구별하는 분자 마커 개발이 쉽지 않다.

 ○ 이로 인해 우량 계통을 미리 선발해 육종기간을 단축시키는 마커도움선발법의 활용은 물론, 키다리병 저항성 등 유용한 특성의 유전자 발굴이 어려웠다.

 

□ 연구진은 삼광벼, 일품벼 등 우리나라 벼 13개 품종의 유전체 염기서열을 분석해 약 74만 개의 단일염기서열변이(SNP)를 발견했다.

 ○ 이를 기반으로 많은 양을 한 번에 빠르게 판별할 수 있는 KASP 마커 1,225개를 개발했다.

 ○ KASP1) 마커는 디엔에이(DNA)상의 단일염기서열변이와 디엔에이(DNA)중합효소연쇄반응(PCR)을 기반으로 한 마커로, 영국에서 개발된 것이다.

 

 ○ 이번 연구로 우리나라 벼 품종의 유전적 차이를 빠르게 탐지할 수 있는 충분한 수의 분자 마커를 확보함으로써 마커가 부족해 마커도움선발법을 활용할 수 없었던 문제를 해결했다.

 

□ 이번 연구 결과는 ‘Plants’지 9권(2020년 11월)에 게재돼 학술적으로 인정받았다.

 ○ 이 마커는 현재 우리나라 벼 육종이 필요한 키다리병 저항성, 수발아 저항성 등 유전자 발굴을 위해 국립농업과학원과 국립식량과학원, 대학 등에서 활용하고 있다.

 ○ 또한, 농업기술실용화재단 종자산업진흥센터에서 고속대량유전자형분석시스템을 이용해 KASP 마커 분석 서비스를 제공하고 있으며, 하루 약 5만 점을 분석할 수 있다.

 

□ 농촌진흥청 유전자공학과 한정헌 과장은 “현재까지 개발된 KASP 마커 세트를 벼 육종기관과 대학 등에서 마커기반 우수 계통선발, 유용 유전자 분리, 형질연관 마커 개발 등에 활용하고 있다.”라며,

 ○ “이를 통해 우리나라 벼 분자 육종 기술 향상에 도움이 될 것으로 기대한다.”라고 말했다.

 

벼 고속대량 유전자형 분석용 KASP 마커 세트 개발

 

 

 

  KASP 마커

 ❍ DNA상의 단일염기서열변이(SNP)와 삽입/결실(Insertion/Deletion) 부위의 유전자형을 분석할 수 있는 DNA중합효소연쇄반응(PCR) 기반 마커  

 ❍ KASP 마커는 영국 KBioscience사에서 개발하였고, 현재 영국 LGC사에서 KASP 마커의 프라이머 제작 및 시약을 제공하고 있음.

   - KASP는 KBioscience Competitive Allele Specific PCR 또는 Kompetitive Allele Specific PCR의 약자

 ❍ 농업기술실용화재단 종자산업진흥센터에서 고속대량유전자형분석시스템을 이용하여 KASP 마커 분석서비스를 제공하고 있음. (5만점 분석/일)

<그림 1> 종자산업진흥센터의 고속 대량 유전자형 분석 시스템

 

 

 

  우리나라 벼 KASP 마커 개발 과정

 ❍ 삼광벼, 주남벼, 오대벼 등 국내 자포니카 벼 13 품종들의 유전체 염기서열 데이터 분석을 통해 이들 벼 품종들간에 약 74만개의 SNP를 발굴하였음. <표 1, 그림 2 참조>

 

 <표 1>  우리나라 자포니카 벼 품종 유전체 염기서열 데이터 목록

번호	품종명	유전체 데이터량(giga base pair)	sequencing depth(×)*	품종 특성
1	삼광	24.2	64.8	고품질, 내병성, 내수발아성
2	새누리	21.4	57.3	내도복 다수성
3	오대	12.3	33.0	조생 고품질, 내수발아성
4	남평	36.0	96.6	키다리병 저항성, 내수발아성
5	주남	13.6	36.4	내도복 다수성
6	일품	18.9	50.6	고품질 단간초형
7	화영	17.7	47.5	우량 교배 모본
8	화청	20.7	55.6	벼멸구 저항성
9	하이아미	12.8	34.4	고품질, 아미노산 함량 높음
10	조운	12.6	33.8	극조생 내수발아성
11	동진	17.2	46.1	통일벼 이후 첫 양질미 품종
12	기호	18.5	49.7	간척지 적응성
13	동안	5.8	15.5	고온등숙 양호

  * 벼 표준유전체 염기서열(373 mega base pair)에 대한 품종들의 유전체 데이터량의 배수

 

❍ 품종간 다형성 지수인 PIC (polymorphism information content)2) 값이 0.4 이상으로 높은 SNP들을 대상으로 KASP 마커 771개를 개발하였음. (1차 개발)

 ❍ 유전자 영역에 위치하면서 유전자 기능에 큰 영향을 줄 것으로 예측 분석된 SNP를 대상으로 KASP 마커 283개를 개발하였음. (2차 개발)

 ❍ 1, 2차 개발된 KASP 마커들이 존재하지 않는 벼 유전체 영역의 SNP들을 대상으로 KASP 마커 171개를 개발하였음. (3차 개발)

    ⇒ 총 1,225개 KASP 마커 개발

 

  벼 KASP 마커 활용

 ❍ 키다리병 저항성 품종인 삼광벼와 감수성 품종인 주남벼와의 교배후대 집단을 대상으로 KASP 마커를 이용하여 키다리병 저항성 유전자가 벼 9번 염색체에 위치하고 있음을 발견하였음. (국립농업과학원, 2019)

 ❍ 수발아 저항성 품종인 오대벼와 감수성 품종인 운봉40호와의 교배후대 집단을 대상으로 KASP 마커를 이용하여 수발아 저항성 유전자가 벼 3번과 11번 염색체에 위치하고 있음을 발견하였음. (국립농업과학원, 2020)

 ❍ KASP 마커를 이용하여 벼 근동질계통 육종연한 단축 기술을 개발하고, 수요자 맞춤형 벼 품종 조기개발 체계 구축에 활용하였음. (국립식량과학원, 2019)

 ❍ 농업기술실용화재단 종자산업진흥센터에서 ’18~’20(3년간) 5개 기관 연구자들의 벼 KASP 마커 분석을 지원하였음

   - 식량원, 충북대, 충남대, 첨단방사선 연구소, 농업기술실용화재단

   - 44건의 분석, 335,453 data point 분석