기후 변화와 시장 수요에 대응하기 위한 오이의 내냉성 및 복합 병저항성 품종 육성과 분자 마커 개발의 필요성 doc_id PCY_201509300134582371_1

오이는 국내 7대 채소작물이며 세계적으로는 4대 채소작물로 아시아지역에서 전 세계 생산량의 80%가 생산되고 있다. 특히, 중국은 전 세계 오이 생산량의 70%를 생산하는 국가로 고품질 복합내병성 품종에 대한 수요가 급증하고 있다. 이에 따라 다국적 기업들은 중국 현지에 연구 거점을 두고 품종 연구개발에 박차를 가하고 있다. 국내 채소종자 시장이 제한적이고 성장이 둔화되는 상황에서 수출용 품종 육성의 필요성이 크게 부각되고 있다. 생산환경에 있어서는 이상기후 현상이 증가함에 따라 저온기 시설재배를 중심으로 재배환경이 점차 열악해 지고 있다. 오이는 주년 생산체계가 가장 발달한 채소작물로 최근 들어 저온기의 일조부족과 저온현상이 심화됨에 따라 농가의 주요 애로사항으로 대두되고 있다. 월동재배의 경우 유류가격 상승과 더불어 난방비 증가로 인해 생산비가 크게 증가하는 추세이다. 한편, 중국의 북방형 온실재배는 최근 10년간 재배면적이 급속히 증가하였는데 무가온 재배방식으로 인해 내냉성이 크게 부각되고 있으나 품종의 다각화는 재배면적의 증가 속도에 비해 부족한 상황이다. 지구 온난화와 이상 기후로 기온의 변동 폭이 커지고 있다. 특히, 최근 들어 동절기의 저온 약광 현상이 심화되어 시설 재배 농가의 경영 환경이 악화되고 있다. 2012년의 경우에는 기상 악화로 인해 과채류 생육이 2주 이상 지연되었으며 생산량이 크게 줄어들었다. 향후 이러한 기후 패턴이 지속될 것으로 예측되며 이에 대응한 내냉성 품종 개발이 요구된다. 오이는 10~12℃이하에서는 생육이 크게 억제되고 과실 수확기에는 최저 13~15℃를 유지시켜야 한다. 따라서, 혹한기 증가와 유가상승에 따라 저온기 오이 재배농가들의 경영비 부담이 가중되고 있고 영농을 포기하는 농가가 증가하고 있는 추세이다(전체 생산비 중 약 30% 이상 차지). 따라서 난방 온도를 낮추어 재배할 수 있는 냉해 저항성 오이 품종의 육성의 필요성이 증가하고 있다. 오이 내냉성 관련 유전 연구는 지금까지 모계유전 및 단일우성 핵 유전현상이 보고되어 왔다. 하지만 본 연구결과에 의해 새로운 부계유전 현상이 발견되었고 이는 다양한 오이 내냉성 유전인자가 복합적으로 오이 내냉성에 관여하고 있다는 증거로 오이 내냉성 품종 육성에 더욱 많은 노력과 비용이 필요한 것으로 보인다. 따라서 오이 내내성 품종 육성에 시간과 비용을 단축할 수 있는 내냉성 연관 분자 마커의 개발이 더욱 필요하다고 판단된다. 냉해는 식물에 있어서 생리적 생화학적 변화를 통해 일어나는 피해이다. 특히 저온 스트레스 상태에서 광합성의 기작과 많은 연관성을 보이는 재해이다. 냉해의 정의는 섭씨 0도 이상의 저온 스트레스에 의한 식물의 잎의 수분의 손실, 황백화, 잎의 괴사로 볼 수 있다. 오이는 저온에 매우 민감하게 반응하는 작물이다. 섭씨 16도 이하의 온도 스트레스에서 발아 효율이 떨어지며 육묘시기에 매우 심각한 피해를 받는다. 성장시기의 오이작물은 저온 스트레스에 의해 성장이 매우 늦어지며 때론 성장이 멈추기도 한다. 따라서 저온 스트레스에 강한 오이 작물의 육성은 오이 재배 농가에 매우 큰 요구 사항이며 이는 겨울철 높은 난방비 절감에도 필수적으로 오이 생산비 절감을 통한 경쟁력 확보로 이어질 수 있다. 오이 냉해에 관한 연구는 1997년 로스케로라이나 대학 연구팀의 오이 내냉성 계통에 관한 검사를 시작으로 본 협동과제 책임자가 수행한 오이 내냉성 모계 유전에 관한 연구 (2002, Chung et al) 등 그 동안 많은 연구가 진행되어 왔다. 이는 오이 내냉성 형질이 모계를 통해서 전달된다는 연구 결과로 그 동안 핵 유전자에 의해 조절될 것이라 믿어왔던 내냉성 형질이 암꽃을 제공하는 오이 개체의 형질을 따른 다는 것을 보여준 연구이다. 오이는 특이하게 세 종류의 유전물질 전달 방법을 보인다. 첫 번째는 우선 양쪽 부모로부터 전달되는 핵 유전물질이다. 두 번째는 미토콘드리아 유전물질의 부계유전 즉 숫꽃을 제공하는 개체의 미토콘드리아가 다음 세대로 전달되는 특징을 보인다. 세 번째로는 엽록체 유전물질의 경우 모계 즉 암꽃을 제공하는 개체로부터 엽록체 유전물질이 전달된다는 것이다. 이러한 유전물질 전달에 특이함을 보이는 오이 내냉성 유전은 최근 로스케로라이나 대학 연구팀에 의해 멘델의 법칙을 따르는 핵에 존재하는 단일 우성 유전자로 조절 된다는 연구결과가 보고 되었다(2008). 이는 오이 내냉성을 보이는 유전물질이 모계로부터 전달되는 것 이외에 핵에서 조절되는 유전물질이 존재하고 있음을 보여주는 결과이다. 본 연구는 동부한농 오이 육종 팀에서 이용하고 있는 계통, CT1과 CT4를 이용하여 오이 내냉성 유전현상을 확인하고 내냉성과 연관된 분자 마커를 개발하는 목표를 가진다. 국내와 중국 시설재배에서 가장 문제가 되는 병해는 흰가루병과 노균병이다. 흰가루병의 경우에는 약제저항성이 쉽게 발생하고 초기 방제에 실패할 경우 급속히 확산되어 수확량 감소를 초래하기 쉽다. 그러나, 국내 저온기 품종들은 아직까지 병저항성 수준이 낮아 개선이 요구되고 있다. 중국 품종들은 국내 품종에 비해 저항성 수준이 높은 편으로 품종 성능의 기본 요구 조건으로 인식되고 있어 수출용 품종 개발을 위해서는 저항성 육종이 필수적이다. 기후 온난화에 따라 노지재배를 중심으로 바이러스 병해 피해가 증가하는 추세이다. 국내에서는 CMV와 ZYMV가 문제되고 있는데 단독 감염보다는 복합감염으로 인한 피해 사례들이 보고되고 있다. 국내뿐 아니라 중국의 저온기 재배작형은 고온기까지 장기재배가 이루어지기 때문에 바이러스 피해에 노출될 위험성이 상존하고 있다. 냉해 저항성과 흰가루병 저항성은 다수의 유전자가 관여하는 양적 형질로 전통적인 육종방법을 적용할 경우 분리집단 육성과 선발, 계통 육성 과정에서 비교적 큰 규모의 포장시험이 필요하다. 또한 선발과정에서 인위적인 환경 조절이 어려워 균일한 선발압력을 부여할 수 없기 때문에 정확한 선발이 어려운 면이 있다. 중국의 경우 월동재배 면적이 지속적으로 증가하고 있으며 이에 따른 내냉성, 복합병저항성 품종에 대한 수요가 급증하고 있다. 다국적 기업의 진출이 활발한 상황으로 몬산토는 중국 현지기업과의 합작을 추진 중이며 신젠타는 현지 육종 프로그램을 강화하였다. 이외 EAST WEST, CHIATAI, NUHEM 등 다국적 기업들이 현지 연구를 강화하고 있다. 최근 중국 농업과학원(CAAS)에서 오이의 physical map을 발표하였으며 이에 따라 오이 유전체에 대한 연구가 가속화될 전망이다. 또한, 중국을 비롯한 국제 연구팀에 의해 오이 게놈서열이 해독 발표되었다 (Huang etal 2009). 따라서 오이의 SNP 개발이 본격화 될 것으로 예상되므로 본 연구팀도 SSR 마커 개발을 앞당기고 다량의 오이 SNP 개발을 위한 최신염기분석 방법 도입과 고해상도 녹는점 분석(HRM) 방법을 도입하여 오이 분자 마커 개발에 있어서 국제적 경쟁력을 확보하는 연구를 진행 할 계획이다. 내냉성 연관 마커는 다른 형질을 목표로 오이 품종이 육성되어질 때 역시 중요하게 이용될 수 있다. 즉 신품종 육성시 육성과정에서 내냉성 표현형 테스트를 매번 실행한다면 비용과 시간적으로 어려움이 따르므로 품종개발에서 경쟁력을 잃을 수 있다. 본 연구를 통해서 개발될 내냉성 연관 분자마커는 오이 품종 육성에 기본 자료로 사용될 수 있어 육종가에게 편의와 경쟁력을 제공할 수 있게 된다. 농산물에 대한 농약잔류검사 기준이 강화되고 있어 저농약 농산물 생산에 대한 필요성이 증가하고 있다. 특히, 흰가루병은 오이의 주요 병해로 방제가 어렵고 쉽게 약제 저항성이 발생하고 있다. 세계 주요 육종회사는 내병성 육종을 강화하고 있는 추세이다. 최근, 고온기 재배를 중심으로 바이러스(CMV, ZYMV) 피해가 증가 추세이며 초기 감염시 농가소득에 큰 타격을 주는 사례들이 보고되고 있다. 재배 농민의 고령화, 농촌 노동인력 감소 현상이 빠르게 진행 중이며 병저항성 품종 개발을 통해 재배가 용이한 품종 개발이 필요하다. 또한 소비자의 농산물 구매 결정력이 확대되고 친환경 농산물에 대한 수요가 증가하면서 저농약 농산물에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다.