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서 론
우리나라에서 배추 (Brassica rapa)는 무, 마늘, 고추 등과 함께 중요한 5대 채소작물 중 하나이며, 국내 재배면적은 25,837 ha, 국내 총생산액은 경상가격 기준 8,871억원에 달 한다 (MAFRA 2020). 이 중 강원도 배추 재배면적은 4,984 ha로 국내 총 재배면적의 약 19%를 차지하고 있는 중요한 농작물 중 하나이다 (MAFRA 2019). 강원도에서 고랭지배 추는 고소득을 낼 수 있어 지난 수십 년간 연작을 해왔으 며, 최근에는 씨스트선충에 의해 경제적으로 큰 피해를 받 고 있다 (Mwamula et al. 2018).
배추 문제 씨스트선충은 사탕무씨스트선충 (Heterodera schachtii)과 클로버씨스트선충 (H. trifolii)이 알려져 있으 며, 이들 선충이 감염된 배추에서는 생육 저하, 결구 불량 등의 피해 증상을 관찰할 수 있다 (Mwamula et al. 2018). 국내에서 씨스트선충의 방제는 주로 화학 약제에 의존하 고 있으며 (Lee et al. 2018;Ko et al. 2020), 씨스트선충의 알 은 씨스트 (cyst)라는 큐티클로 이루어진 단단한 껍질로 싸여 있어 화학 약제를 이용한 방제가 어려운 상황이다 (Subbotin et al. 2010a). 따라서, 작물의 저항성 품종을 재배 하면 가장 경제적이고 효율적으로 씨스트선충을 방제할 수 있다 (Starr et al. 2002).
우리나라에서 콩은 신품종 육성을 위한 콩씨스트선충 (H. glycines)과 반짝이콩씨스트선충 (H. sojae)에 대한 콩 품 종별 저항성 연구가 수행된 바 있다 (Kim et al. 1983;Choi et al. 1986;Kang et al. 2021). 반면, 배추는 국내 보유 품종 일부를 대상으로 사탕무씨스트선충에 대한 저항성 연구 만 수행되었고 (Kim et al. 2016), 최근에 급속도로 확산되 고 있는 클로버씨스트선충에 대한 저항성 연구는 수행된 바 없다. 본 연구는 국내 씨앗은행이 보유하고 있는 배추 과 유전자원을 대상으로 클로버씨스트선충에 대한 저항 성 검정을 수행하고 배추 신품종 육성을 위한 배추류 유전 자원을 탐색하고자 수행하였다.
재료 및 방법
1. 식물 유전자원 선발 및 육묘
클로버씨스트선충 저항성 검정을 위한 시험작물은 배추 과 유전자원으로 선정하였다. 2019년 2월, 국립농업과학원 씨앗은행 (http://genebank.rda.go.kr/plantMain.do)이 보 유한 배추과 유전자원 중 1,700여 자원의 특성정보를 씨앗 은행 홈페이지를 통해 다운로드 받았다. 저항성 검정을 효 율적으로 수행하기 위해 다운로드 받은 배추과 유전자원 의 특성정보를 기반으로 PowerCore sorftware ver 1.0 (Kim et al. 2007)을 이용하여 배추과 유전자원 핵심집단으로 총 57자원을 선발하였다 (Table 1). 선발된 배추과 유전자원 의 종자는 씨앗은행 홈페이지를 통해 분양요청하여 2019 년 4월 8일 각 자원별 100립의 종자를 분양받았다. 분양받 은 배추과 유전자원의 종자는 상토가 들어있는 128공 공 정육묘 포트에 15립씩 파종하고 식물생장룸 (25°C, 광주기 14D : 10N)에서 20일간 재배하여 유묘를 확보하였다.
2. 선충 접종물 준비
시험선충은 강원도 고랭지배추 재배지에서 가장 문제 되고 있는 클로버씨스트선충 (Heterodera trifolii)으로 선정 하였다 (Kwon et al. 2018). 국립농업과학원에서 유지증식 중인 클로버씨스트선충 감염 토양을 플라스틱 물통에 넣 고 약 4 L의 수돗물을 추가하여 토양 현탁액을 조제하였다. 토양 현탁액을 20 mesh와 60 mesh 체에 순서대로 거르고 (Barker et al. 1985), 60 mesh 체 위에 남은 찌꺼기는 격자가 있는 사각형 모양의 petridish로 옮겨 닮았다. 갈색의 씨스트 (cyst)만 실체현미경 (MZ12; Leica, Wetzlar, Germany)을 이 용하여 직경 2 cm micro-sieve에 옮겨 담았다. 갈색의 씨스트 를 2 mL의 수돗물이 들어있는 5 mL tube에 옮겨 담고 균질 화기기를 통해 껍질을 터뜨려 알 현탁액을 조제하였다. 알 현탁액을 300 mL 비커에 옮겨 담고 부피를 100 mL로 조정 한 다음 실체현미경 아래서 1 mL당 알 수를 계수하였다.
3. 저항성 검정
배추류 유전자원 57종에 대한 클로버씨스트선충 저항성 검정 시험은 총 3회에 걸쳐 수행하였다. 저항성 검정을 위 한 배추과 유전자원의 20일된 유묘를 저항성 검정용 토양 350 cm3 (강모래9 : 황토1 혼합토)이 들어있는 가로 5 cm, 세 로 5 cm, 높이 15 cm 크기의 플라스틱 포트에 옮겨 심었다. 각 유전자원당 반복은 5반복으로 하였으며, 배추를 옮겨 심고 2일이 경과한 후 클로버씨스트선충 알 접종물을 포트 당 3,000개의 밀도로 접종하였다. 접종한 포트는 식물생장 룸 (25°C, 광주기 14D : 10N)에서 20일간 재배하였다.
4. 저항성 평가
클로버씨스트선충에 대한 저항성 정도는 뿌리혹선충 의 저항성 판정 기준을 참고하여 각 배추과 유전자원의 뿌 리에 형성된 암컷 수를 기준으로 평가하였다 (Taylor and Sasser 1978;Kim and Lee 2001). 클로버씨스트선충 저항성 평가를 위해 각 유전자원별 포트를 1개씩 통째로 10 L 플 라스틱 물통에 넣고 수돗물을 이용하여 뿌리를 씻었다. 씻 어낸 물은 20 mesh와 60 mesh 체로 거른 다음 60 mesh 체 위에 남은 찌꺼기를 100 mL 비커에 모았다. 각각의 뿌리와 체로 거른 용액에 존재하는 클로버씨스트선충 암컷은 실 체현미경 (MZ12; Leica, Wetzlar, Germany)을 이용하여 8 배율에서 관찰하며 계수하였다. 계수한 암컷의 수에 따라 0~2개는 매우 저항성 (HR), 3~10개는 저항성 (R), 11~20 개는 중도 저항성 (MR), 21~100개는 중도 감수성 (MS), 100~300개는 감수성 (S), 300개 이상은 매우 감수성 (VS) 으로 저항성 정도를 판정하였다.
결과 및 고찰
1. 저항성 검정 결과
국내 씨앗은행에서 보유하고 있는 배추류 유전자원 57 종을 대상으로 클로버씨스트선충에 대한 저항성 검정을 총 3차례 수행한 결과는 Table 2와 같다. 저항성 1차 검정 결과 호주, 북한, 부탄, 독일, 몽골, 오스트리아, 한국, 나우 루, 카자흐스탄 총 9개 국가에서 채집한 배추 (Brassica rapa subsp. pekinensis) 유전자원은 모두 씨스트선충 암컷이 평 균 300개 이상 (419~931개) 증식되어 매우 감수성인 자원 으로 확인되었다. 저항성 2차 검정은 주로 순무 (B. rapa)를 대상으로 수행하였으며, 순무 14종과 종을 알 수 없는 배추 과 유전자원 (Brassica sp.) 3종 모두 씨스트선충 암컷이 평 균 300개 이상 (485~831개) 증식되어 클로버씨스트선충에 매우 감수성인 자원으로 확인되었다. 저항성 3차 검정은 갓 (B. juncea), 겨자류 (B. carinata, B. tournefortii), 경수채 (B. rapa subsp. nipposinica), 다채 (B. rapa subsp. narinosa), 평지 (B. rapa var. perviridis), 루타바가 (B. napus var. napobrassica), 로켓샐러드 (Eruca sativa)를 대상으로 수행하였다. 갓, 경수 채, 다채, 평지, 루타바가, 로켓샐러드는 모두 씨스트선충 암 컷이 평균 300개 이상 (range) 형성되어 매우 감수성인 것 으로 나타났다. 겨자류 (B. carinata, B. tournefortii)에서도 B. carinata 7종 (Code no. 40~46)은 씨스트선충이 300개 이상 으로 매우 감수성, B. carinata, B. tournefortii 각 1종 (Code no. 47, 48)은 씨스트선충이 각각 144개, 110개로 감수성으로 나타났다. 반면, African mustard로 알려진 파키스탄 (PAK) 원산의 겨자 (Code no. 48, Brassica tournefortii, IT218058)는 클로버씨스트선충 암컷이 평균 4개 (4±1.8)로 증식되어 저항성 판정 기준에 따라 저항성 (암컷 3~10개)인 유전자 원으로 나타났다.
배추 (Brassica rapa subsp. pekinensis)는 사탕무씨스트선충 과 클로버씨스트선충의 감수성 기주로 잘 알려져 있으며 (Subbotin et al. 2010b), 국내 시판품종과 농촌진흥청 산하 기관에서 보유 중인 자원을 대상으로 수행한 사탕무씨스 트선충 기주검정 결과에서 저항성 배추는 없는 것으로 나 타난 바 있다 (Kim et al. 2016). 본 연구에서 이용된 배추 유 전자원 중에서도 클로버씨스트선충에 저항성인 유전자원 은 없는 것으로 나타났다. 순무 (Brassica rapa)도 클로버씨 스트선충의 기주식물 중 하나이다 (Subbotin et al. 2010b). Steele et al. (1982)의 선행 연구에서 순무 유전자원은 클로 버씨스트선충에 감수성인 것으로 나타난 바 있으며, 본 연 구에 사용된 순무 유전자원들도 모두 감수성인 것으로 나 타났다. 갓 (B. juncea)과 겨자류 (B. carinata, B. tournefortii), 로켓샐러드 (Eruca sativa) 일부 품종은 선충에 저항성이면 서 glucosinolate를 함유하고 있어 생물훈증 (biofumigation) 에 의한 씨스트선충 방제 효과를 나타내기도 한다 (Kruger et al. 2013). 그러나 본 연구에서 선발된 갓, 겨자류, 로켓샐 러드 유전자원은 클로버씨스트선충에는 African mustard 1 종을 제외하고 모두 감수성으로 나타나 육종 소재나 선충 방제용 녹비작물로 활용하기 어려울 것으로 판단된다.
본 연구에 활용된 겨자류 중에서 파키스탄 (PAK) 원산의 African mustard (Code no. 48, B. tournefortii, IT218058)는 클로버씨스트선충에 저항성인 배추류 유전자원으로 나타 났다. African mustard는 호주에서는 곡식을 생산하는 농경 지 문제 잡초로 알려져 있으며 (Mahajan et al. 2020), 씨스 트선충류에 대한 육종 소재 탐색 연구에는 사용된 적이 없 는 것으로 판단된다. 따라서, 클로버씨스트선충에 저항성 인 African mustard 유전자원은 저항성 배추 품종 육성, 저 항성 관련 유전자 탐색 등 배추 신품종 육성을 위한 연구 소재로 활용 가능할 것으로 판단된다. 또한, glucosinolate와 같은 살선충 효과가 있는 물질의 정밀 분석과 생물검정 연 구가 추가적으로 수행된다면 살선충 녹비작물과 같은 선 충의 친환경 방제제로의 이용 가치도 평가할 수 있을 것으 로 생각된다.
적 요
2017년 이후 강원도 고랭지배추는 클로버씨스트선충 에 의한 피해를 받아 왔다. 저항성 배추 품종 재배는 씨스 트선충 피해를 줄일 수 있는 가장 경제적인 방제 방법이다. 본 연구에서는 클로버씨스트선충 저항성 배추 신품종 육 성을 위한 육종 소재 탐색을 위해 배추류 유전자원 총 57 자원을 대상으로 클로버씨스트선충에 대한 저항성 검정 을 수행하였다. 배추 (Brassica rapa subsp. pekinensis), 순무 (B. rapa), Brassica sp., 갓 (B. juncea), 겨자류 (B. carinata, B. tournefortii), 경수채 (B. rapa subsp. nipposinica), 다채 (B. rapa subsp. narinosa), 평지 (B. rapa var. perviridis), 루타바가 (B. napus var. napobrassica), 로켓샐러드 (Eruca sativa) 54자원은 뿌리에 클로버씨스트선충 암컷이 300개 이상 증식되어 매 우 감수성인 것으로 나타났다. 겨자류 2자원 (B. carinata, B. tournefortii)도 클로버씨스트선충 암컷이 각각 144개, 110 개 증식되어 감수성인 것으로 나타났다. 반면, 겨자류 중 에서 African mustard (B. tournefortii, 씨앗은행 관리번호 IT218058)는 클로버씨스트선충 암컷이 평균 4±1.8로 증 식되어 저항성인 배추류 유전자원인 것으로 나타났다. 본 연구에서 선발된 African mustard (IT218058)는 클로버씨 스트선충 저항성 배추 품종 육성을 위한 육종 소재로 활용 가능할 것으로 판단된다.
