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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.30 No.4 pp.305-312
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2018.30.4.305

Screening of Resistance of Introduced Kimchi Cabbage (Brassica rapa subsp. pekinensis) Germplasm from Asian areas to Plasmodiophora brassicae Isolates Collected in Korea.

Young-Ah Jeon*, Ho-Sun Lee**,†, Ju-Hee Rhee**, Jae-Eun Lee**, Ho-Cheol Ko***, Awraris Derbie Aseefa**, Jung-Sook Sung**, On-sook Hur**, Na-young Ro**, Sok-Young Lee**
*International Technology Cooperation Center, Rural Development Administration, Jeonju 54875, Korea
**National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural Science, Rural Development Administration, Jeonju 54874, Korea
***Client Service Division, Rural Development Administration, Jeonju 54875, Korea
Corresponding author : (Phone) +82-63-238-4930 (E-mail) hosun83@korea.kr
September 21, 2018 November 30, 2018 December 7, 2018

Abstract


Clubroot, caused by Plasmodiophora brassicae, is one of the most crucial disease in Kimchi cabbage. Screening disease resistant genetic resources is necessary to develop disease resistant cultivars and conduct related research. We have evaluated the development of clubroot to the 120 genetic resources of Kimchi cabbage introduced from World Vegetable Center and five Asian countries using isolate of Plasmodiophora brassicae collected in Haenam fields in Jeollanam-do Province, Rep. of Korea. This isolate was determined race 2 using differential varieties reported by Kim et al., 2016. IT100384 and IT305623 showed strong resistance, lower than disease index (DI) 1.0. IT100385, 100439, and 135407 showed moderate resistance (1.0<DI<2.0). The rest except above 5 accessions showed susceptible. As a result, 5 accessions which showed strong and moderate level of resistance to the isolate of Plasmodiophora brassicae could be possibly used by breeders and researchers to produce new disease resistant cultivars of Kimchi cabbage. However, research related to the exploration of appropriate materials (accessions) for breeding cultivars that are resistant to variable pathogens need to be conducted. In addition, several characters such as consumer acceptability, need to be taken into consideration.



배추 아시아 도입 유전자원의 국내 재배포장에서 수집한 뿌리혹병 균주에 대한 저항성 반응

전 영아*, 이 호선**,†, 이 주희**, 이 재은**, 고 호철***, 아 와리스 아세파**, 성 정숙**, 허 온숙**, 노 나영**, 이 석영**
*농촌진흥청 기술협력국 국제기술협력과
**농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터
***농촌진흥청 기획조정관실 고객지원담당관실

초록


    Rural Development Administration
    PJ01192201

    서 론

    배추는 우리나라 주요 식품 중 하나인 김치의 주재료로 봄 과 가을의 일반 재배 뿐 아니라 여름의 고랭지 재배, 겨울의 난지 재배를 통하여 연중생산하고 있는 가장 중요한 채소 중 의 하나이다. 배추 재배면적(2017년)은 32천 ha이고 생산량은 2,396천 톤으로(Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2018), 채소류 중 가장 많이 생산하는 작물이고, 국민 1인당 연간 소비량이 44.3 kg으로 채소류 중 가장 높다(Rural Development Administration, 2018).

    배추의 원산지는 중국 북부지방이나 그 기원은 지중해 연안 이고 유럽 북부, 동부 및 터키의 고원지역의 보리밭 등지에서 자라는 잡초성의 유채로 보고되고 있다(Lee et al., 1995). 이 식물이 지중해, 중앙아시아 지역을 거쳐서 2천여년 전에 중국 에 전파되었고 그 후 7세기경 중국 북부 지방에서 재배되었던 순무와 남부지방에서 재배되었던 숭(KSIA-30-305_Image1.gif)이 자연 교잡되어 배 추의 원시형이 나타났고, 그 후 재배와 선발에 의해 16세기에 반결구배추가, 18세기에 결구배추가 탄생되었다(Lee et al., 1995).

    국내에서 2018년 6월 기준 199 품종이 등록되고(보호기간 만료 품종 포함), 농촌진흥청, 도농업기술원 등 국가 연구기관 이나 종자회사 등에서 기후변화에 따른 고온 등 이상적 재배 환경에서 뿌리혹병, 바이러스병 등 병충해 발생이 증가하므로 안정적 생산이 가능한 내병성 품종과 맛, 저장성, 건강 기능성 이 강화된 배추 품종을 육성하고 있다(Korea Seed & Variety Service, 2018)

    배추 뿌리혹병은 1990년대 후반부터 배추 포장에 발생하여 배추의 품질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 생산량 감소를 초래하는 주요 병이다. 특히 강원도 평창군과 태백 및 삼척지역이 국내 여름배추의 주요 재배산지인데, 이들 지역의 토양은 연작재배 로 인해 뿌리혹병균의 토양 중 밀도가 높아 발병률이 높은 것 으로 보고된 바 있다(Soh et al., 2014)

    뿌리혹병원균 Plasmodiophora brassicae는 인공배지에서 배양되지 않는 활물기생균으로, 배추뿐만 아니라 양배추, 무 등 거의 모든 십자화과 작물에 뿌리혹병을 일으켜 전 세계 적으로 피해를 주고 있다(Jo et al., 2011;Jo et al., 2011). 뿌리혹병균은 병든 조직에 무수히 많은 휴면포자를 형성하 여 토양에서 월동하며, 환경이 적합하면 7년 이상 생존할 수 있어 방제가 어렵다(Karling, 1968). 현재까지 알려진 뿌리혹병의 방제는 살균제를 살포하는 화학적 방제(Mitani et al., 2003), 미생물을 이용한 생물학적 방제(Cheah et al., 2000) 및 석회질 시비로 토양 pH를 조정하는 등의 경종적 방법(Cho et al., 2002;Murakami et al., 2000)이 있다. 그러나 이러한 방법들은 완벽하게 방제가 어렵고(Voorrips, 1995), 지속적으로 사용하기에는 경제성과 환경적인 문제로 한계가 있다.

    최근에는 농약을 사용하지 않고 재배하는 친환경 농업정책 을 펼치고 있어 저항성 품종을 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 Akaba et al.(2009)의 보고에 의하면, 배추 뿌리혹 저항성 품종 육성에 주력하였던 일본에서는 병원 균의 분화로 대부분의 육성품종들의 저항성이 무너지고 있다 고 한다. 따라서 뿌리혹병에 대한 새로운 저항성 유전자원 선 발 및 저항성 품종 육성이 요구된다.

    본 연구는 배추 뿌리혹병 저항성 품종 개발 및 관련 연구의 소재로 활용할 수 있는 자원을 탐색하기 위하여 2016년 전라 남도 해남군 배추 재배포장에서 발병한 뿌리혹병균을 세계채 소센터(World Vegetable Center, 대만 소재)와 한국, 일본, 중 국 등 아시아 지역 5개국에서 도입한 120 유전자원에 접종하 여 저항성 반응을 조사하였다.

    재료 및 방법

    1. 공시재료.

    농촌진흥청 농업유전자원센터에서 보존하고 있 는 배추 자원 중 세계채소센터와 한국을 포함한 아시아 5개국 에서 도입한 120 유전자원을 사용하였다. 세계채소센터에서 도 입한 자원이 91자원으로 가장 많고, 한국 11, 일본 11, 홍콩 4, 인도 2, 중국 1 자원이었다(Table 1). 뿌리혹병원균 레이스 판별을 위하여 Kim et al.(2016)이 제시한 방법에 따라 ‘노랑 추석’, ‘불임3호’, ‘CR-요시마사’, ‘CR-황금’, ‘덕고CR117’, ‘천 하장군’을 판별품종 및 저항성과 감수성의 표준품종으로 공시 하였다.

    2. 배추재배.

    뿌리혹병원균 레이스 판별품종을 포함한 총 126자원을 50구 플러그 트레이(54×27×48 mm)에 파종한 후 온실(최고 25°C, 최저 14°C)에서 재배하였다.

    3. 뿌리혹병원균 접종.

    2016년 전라남도 해남 배추 재배 포장에서 전형적인 뿌리혹병을 보이는 뿌리를 채집하였다. 채집한 시료는 –80°C deep freezer에 보관하여 실험에 사 용하였다. 보관중인 이병조직을 증류수로 수차례 세척하여 이물질을 제거한 후, 멸균수를 첨가하여 Warning blender로 마쇄하였다. 그리고 2겹의 거즈로 여과하여 식물조직을 걸 러낸 현탁액을 준비하였다. 현탁액의 농도를 조사하기 위하 여 광학현미경(300배 확대) 하에서 hemocytometer를 이용 하여 휴면포자의 수를 측정하였다(Jo et al., 2010). 그리고 멸균수로 희석하여 현탁액의 병원균 접종 농도를 2.0×107 spores/ml로 맞추었다. 공시한 126자원이 본엽 4엽 정도 출 현하였을 때(파종 후 24~28일 정도) 현탁액을 주당 10 mL 관주하였다.

    뿌리혹병원균의 레이스는 Kim et al.(2016)의 방법에 따라 판별품종 6개를 이용하여 검정한 결과 레이스 2로 확인되었다 (Table 2).

    4. 저항성 조사.

    뿌리혹병 발생을 위하여 접종한 유묘를 병 검정 온실(평균 20±5°C)에서 4주 생육 후 발병정도를 조사하였다. 발병정도(Disease index, DI)는 0=뿌리혹병 발 생이 없음, 1=측근에 뿌리혹이 착생되며 혹의 크기가 작고 서로 독립하여 존재, 2=측근에 뿌리혹이 착생되며 혹의 크기 가 비교적 큼, 3=주근에 뿌리혹이 착생되며 서로 접합되고 혹의 크기가 큼, 4=주근에 뿌리혹이 착생되며 서로 접합되고 혹의 크기가 매우 큼의 5단계(Fig. 1)로 하였다(Kuginuki et al., 1999; Suwabe et al., 2003). 저항성 유전자원 판 단 기준은 발병정도가 1.0 이하일 때는 저항성으로, 1.0 초 과이고 2.0 미만이면 중도저항성, 2.0 이상이면 감수성으로 판단하였다(Jo et al., 2016).

    본 연구에서는 포장 균주를 사용하여 실험하므로 뿌리혹병 균의 레이스 동정과 이들 균주에 대한 120자원의 저항성 반 응 실험을 동시에 뿌리혹병균을 접종하여 이루어졌다. 모든 실 험은 5반복으로 2회 실시하였다.

    5. 저항성 자원 형태적 특성.

    농촌진흥청 농업유전자원정보 시스템(Germplasm Service System, www.genebank.go.kr)의 화상정보를 탐색하여 특성을 확인하였다.

    결과 및 고찰

    세계채소센터와 한국을 포함한 아시아 5개국에서 도입한 120 유전자원에 대해 전라남도 해남 배추 재배포장에서 채집 한 뿌리혹병균에 대한 저항성 정도는 Table 3과 같다. 공시한 뿌리혹병원균 판별 품종인 ‘노랑추석’, ‘CR-요시마사’ 등 6품 종에 대해서 저항성, 중도저항성 혹은 감수성 반응을 나타냈 다(Table 2). 발병정도가 1 이하로 저항성 반응을 보인 자원은 IT100384와 IT305623로 2개이고, 발병정도가 1 초과 2 미만 으로 중도 저항성 반응을 보인 자원은 IT100385, 100439, 135407로 3개이었다. 그 외 자원은 발병정도가 2 이상으로 감 수성 반응을 보였다. 저항성 반응을 보인 IT100384는 세계채 소센터에서 도입한 자원으로 발병정도는 0.3으로 거의 증상을 보이지 않았으며, IT305623은 시료 식물체 중 발병한 식물체 가 발견되지 않아 가장 저항성이 높은 자원으로 나왔다(Fig. 2). 저항성이 높은 것으로 예측되는 2자원의 식물체 형태는 Fig. 3과 같다. 형태적 특성을 보면 IT100384는 결구배추로 결구정도가 높은 편이나, IT 305623은 결구정도가 낮고 엽수 가 적은 편임을 확인하였다(농촌진흥청 농업유전자원정보시스 템 화상정보).

    뿌리혹병균에 대해 감수성 반응을 보인 자원들 중 발병정도 가 4.0으로 병 증상이 아주 심한 자원이 IT100349 등 23개 이고, 발병정도가 3.0에서 4.0 미만인 자원이 84개로 가장 많 았고, 2.0에서 3.0미만인 자원이 8개이었다.

    판별품종으로 사용한 ‘CR-요시마사’와 ‘CR-황금’은 뿌리혹 병 저항성 육성 품종이지만 채집한 균과 증식한 균 모두 발병 정도가 1이상이었고, CR-요시마사는 발병정도가 3.5이상으로 높은 발병도를 보여, 뿌리혹병균에 대한 CR배추 품종의 저항 성이 무너지는 것을 알 수 있었다(Jo et al., 2011). 일본에서 는 50품종 이상의 CR배추 품종이 개발되었으나 거의 모든 품 종의 저항성이 무너졌다(Kuginuki et al., 1999; Tanaka et al., 1998). 우리나라는 1995년부터 CR배추 품종이 개발되었 으며, 현재 우리나라에도 다양한 CR배추 품종을 침해하는 뿌 리혹병균이 포장에 널리 존재하고 있다고 판단된다. 본 연구 에 사용한 뿌리혹병균은 최근 배추 재배포장에서 발병한 균으 로 공시한 2개의 CR계통 판별 품종도 심하게 감염되는 것으 로 보아 기존 CR계통 품종들의 저항성은 무너지고, 새롭게 발 생하는 병원균들에 따라 저항성 정도는 다르게 나타나는 것으 로 보인다.

    배추 뿌리혹병원균의 분화는 저항성 품종 육성의 가장 어려 운 문제이다(Jo et al., 2010). 저항성 품종을 연작하게 되면 그 품종을 감염할 수 있는 새로운 레이스의 병원균이 출현하 여 이 품종의 저항성을 무너지게 한다(Crute & Pink, 1989). 이를 해결하기 위해서는 병 저항성 유전자가 하나만 포함된 품종이 아니라, gene pyramiding을 통하여 여러 저항성 유전 자를 보유하고 있는 품종을 개발하는 것이 필요하다(Jo et al., 2010). 현재 국내에서는 저항성 품종의 육성 뿐만 아니라 국 내 병원균의 레이스 판별 및 분화(Cho et al., 2003;Kim et al., 2003)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구 를 뒷받침하기 위한 소재 및 정보 제공을 위해서는 효율성이 높고 재현성이 우수한 뿌리혹 저항성 검정 방법의 표준화와 이를 병원균 분화에 따라 지속적으로 보완해야 하는 것이 필 수라 생각한다.

    또한 Jo et al.(2016)은 국내 및 일본에서 시판 중인 양배추 품종 18개와 저항성 계통과 감수성 계통을 교배하여 얻은 F3 107계통을 대상으로 대전, 경기도 연천, 전남 해남, 강원도 강 릉 재배포장에서 채집한 4개의 균주를 이용하여 뿌리혹병균에 대한 저항성을 조사한 결과, 균주에 따라 뿌리혹 발생에 큰 차이가 있고, 저항성은 병원력 정도에 따라 영향을 받는다고 보고한 바 있다.

    따라서 뿌리혹병 저항성 배추 유전자원 탐색을 위하여 대량 유전자원의 병 저항성 검정 전략은 병원력이 강한 균주를 발 굴하여 사용하거나 새롭게 발견되는 다양한 균주들을 표준 균 주로 공시하여 평가하는 것이 필요하다고 본다.

    본 연구결과 배추 뿌리혹병 발병정도가 낮아 저항성 및 중도 저항성 자원으로 예측되는 5개 자원은 저항성 품종 육 성의 소재나 뿌리혹병원균의 생리기작 등 연구에 활용 가능 할 것으로 보인다. 그러나 본 연구는 병 검정이 유묘 단계에 서 이루어졌고, 한 개의 균으로 검정하였기 때문에 다양한 균 주의 사용과 재배시기에 따라 발병정도가 다르게 나올 수 있 음(Kim et al, 2003)을 감안하여 향후 표준화된 검정방법을 구축하고 이를 적용하여 재평가함으로 활용가치가 높은 유전 자원을 제공할 수 있도록 연구가 계속 수행되어야 할 것이다.

    적 요

    배추의 뿌리혹병 저항성 품종 개발 및 관련 연구에 활용할 수 있는 자원 탐색을 목적으로 세계채소센터(World Vegetable Center, 대만 소재)와 아시아 지역 5개국에서 도입한 120 유전 자원을 대상으로 전라남도 해남군 배추 재배포장에서 발병한 뿌리혹병균(레이스 2)을 접종하여 저항성 반응을 조사함

    1. 발병정도가 1 이하로 저항성 반응을 보인 자원은 IT100384와 IT305623로 2개이고, 발병정도가 1 초과 2 미만 으로 중도 저항성 반응을 보인 자원은 IT100385, 100439, 135407로 3개임. 그 외 자원은 발병정도가 2 이상으로 감수성 반응을 보임

    2. 저항성 반응을 보인 IT100384는 발병정도는 0.3으로 거 의 증상을 보이지 않았으며, IT305623은 발병한 식물체가 발 견되지 않아 가장 저항성이 높은 자원으로 나왔음

    3. 뿌리혹병균에 대해 감수성 반응을 보인 자원들 중 발병 정도가 4.0으로 병 증상이 아주 심한 자원이 IT100349 등 23개이고, 발병정도가 3.0에서 4.0 미만인 자원이 84개로 가장 많았고, 2.0에서 3.0 미만인 자원은 8개임

    4. 본 연구결과 배추 뿌리혹병 발병정도가 낮아 저항성 및 중도 저항성 자원으로 예측되는 5개 자원에 대해서, 병 검정 이 유묘 단계에서 이루어졌고 한 개의 균으로 검정하였기 때 문에 향후 다양한 균주를 이용하여 재평가함으로 활용가치가 높은 유전자원을 제공할 수 있도록 계속 연구 필요

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업과학기술 연구개 발사업(과제번호:PJ 01192201)의 지원에 의해 이루어진 것임

    Figure

    KSIA-30-305_F1.gif

    Clubroot of Kimchi cabbage plants inoculated with the isolate of Plasmodiophora brassicae along with the assigned disease index (DI) (0 to 4) collected in Haenam field, Jeollanam-do Province, Rep. of Korea. DI’s indicate: 0 : no symptom, 1 : A few very small, separate globular clubs on lateral roots, 2 : medium, separate globular clubs on lateral roots, 3 : intermediate symptoms on main roots, 4 : severe clubs on main roots.

    KSIA-30-305_F2.gif

    Six accessions which were showed resistant(R), moderately resistant(MR) and susceptible reponse to the isolate of Plasmodiophora brassicae collected in Haenam field, Jeollanam-do Province, Rep. of Korea

    KSIA-30-305_F3.gif

    Morphological shapes of two accessions which were resistant(R) to the isolate of Plasmodiophora brassicae collected in Haenam field, Jeollanam-do Province, Rep. of Korea(Provided by Germplasm Management System, RDA)

    Table

    List of 120 accessions evaluated for the resistance to Plasmodiophora brassicae

    Race determination of the isolate of Plasmodiophora brassicae collected in Haenam field, Jeollanam-do Province, Rep. of Korea using the different varieties of Kim et al(2016).

    The degree of resistance of 120 accessions inoculated with the isolate of Plasmodiophora brassicae collected in Haenam field, Jeollanam-do Province, Rep. of Korea

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