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콩은 식물성 단백질과 기름뿐만 아니라, 다양한 종류의 식품 및 동물 사료, 산업재료로 이용되고 있는 중요 식량 작물중의 하나이다. 세계적으로 콩의 생산량은 지난 20년 동안 3배 이상으로 증가하였고, 전 세계 콩 생산량의 약 35%를 생산하는 미국을 선두로 브라질과 아르헨티나가 전 세계 콩 생산량의 대부분을 생산하고 있다. 미국의 최대 콩 재배지역인 중부지역에서의 콩 생산은 바이러스, 박테리아, 곰팡이, 선충에 의한 병해와 다양한 해충들에 의해 위협받고 있다. 각 지역의 장려 콩 품종들은 그들의 유전적 조합에 따라 높은 수량을 생산해 낼 수 있는 잠
재적 능력을 가지고 있지만, 최대 수량을 위한 최적 환경조건은 자연적으로는 불가능하기 때문에, 열악한 환경조건 하에서도 최대의 수량을 만들어 낼 수 있는 품종의 개발이 콩뿐만 아니라 모든 작물 육종의 목표이다. 미국의 경우 세계 최대 콩 생산국답게 대규모로 콩 재배가 이루어지고 있기 때문에, 병이나 해충의 발생은 심각한 콩의 생산량 감소와 경제적 손실을 초래할 수있고, 이는 국제 곡물가격의 급등과도 직결된다.
2000년 미국 윈스컨신주에서 처음으로 확인된 콩 진딧물(Aphis glycines Matsumura)은 한국을 포함하는 동아시아가 원산인 해충으로, 2005년에는 미국 대부분의 주와 캐나다의 3개 주로 확산되었다 (Ann. Entomol. Soc. Am. 97:219-226).
비교적 짧은 기간에 미국 전역으로 퍼진 콩 진딧물은 막대한 콩 생산량 감소와 살충제 살포에 의한 경제적 손실 및 환경 오염문제를 초래하였다. 2001년 미네소타에서는 50% (http://www.soybeans.umn.edu/crop/insects/aphid), 미시간에서는 40%(MSU Extension Bulletin E-2748), 2003년 아이오와에서는32% (http://www.extension.iastate.edu/Publications/SP247X2007.pdf)의 수량감소가 보고되었다. 중국에서는 58%
의 수량감소가 보고되었으며 (Soybean Sci. 15:243-247), 콩 진딧물에 의해 88%의 수량감소도 가능하다는 연구결과가 보고되었다 (Beckendorf EA, 2005. South Dakota State Univ.).
콩 진딧물에 의한 간접적인 수량 감소는 SMV, AMV, PMV등과 같은 바이러스 병의 전염 (Plant Dis. 86:1219-1222)과 곰팡
이병(sooty mold) 발생의 증가로 나타날 수 있다. 살충제 살포만이 콩 진딧물을 방제할 수 있는 유일한 방법이나, 최소 2-3회
이상 전 포장에 살포해야 하고, 살포의 최적 시기도 정확하지 않기 때문에, 살충제 살포에 의한 콩 진딧물의 방제는 상당한
비용뿐만 아니라 익충의 감소 및 환경 오염문제도 초래하였다(Ann. Entomol. Soc. Am. 97:209-218).
콩 진딧물 저항성 품종 육성을 위해 먼저 저항성 콩 유전자형의 탐색이 수행되었다. 미국의 경우 대부분의 장려 품종들은 수량
증가와 토양 선충에 대한 저항성을 목표로 육성되어 왔고, 콩의 원산지가 아닌 이유로, 콩 원산지와 가까운 한국에 비해 콩 품
종들의 유전적 다양성이 현저히 낮다고 할 수 있다. 미국에서는 일리노이 대학교에서 처음으로 1542개의 재배종과 도입종 콩
에서 콩 진딧물 저항성을 찾기 위해 조사되었으나 단 하나의 저항성도 발견되지 않았고, 추후 추가 조사를 통해 9개의 저항성
콩 유전자원이 선발되었다 (Crop Sci. 44:98-106; J. Econ.Entomol. 97:10711077). 미시간 대학교의 Mensah 등은 2147개의 콩 유전자원을 조사하여, 4개의 저항성 유전자원을 선발하였고 (Crop Sci. 45:2228-2233), 오하이오 대학교의 Mian 등도 3개의 저항성 유전자원을 선발하였다(Crop Sci.48:1055-1061). USDA Germplasm Resources InformationNetwork (GRIN) 에 따르면, 현재 콩 진딧물에 대해서 16개의
저항성 콩과 2581개의 감수성 콩 유전자원이 보고되고 있다.
하지만 2008년 미국에는 최소 2가지 이상의 콩 진딧물형이 존재하고, 확인된 저항성 콩의 상당 부분이 새로 확인된 콩 진딧물형에 감수성을 보인다는 사실과 새로운 2가지 콩 진딧물형 모두에 저항성을 가진 콩 유전자원이 필자에 의해 확인되었고 (Crop Sci. 48:923-928), 최근 Univ. of Illinois의 식물병리학자에 의해 세 번째 콩 진딧물형이 미국에서 확인되었다(Econ.Entomol. 103: 509-515). 콩 진딧물 저항성 유전자 Rag1은 Dowling (Mol. Breeding.19:25-34), Rag2는 PI200538 (Crop Sci. 49:1193-1200)과 PI243540 (Theor. Appl. Genet. 117:955-962), Rag3는
PI567597C 에서 확인되었고, 각 유전자의 위치는 콩 염색체 7, 13, 16에서 각각 확인되었다. Rag1은 콩 진딧물형 1에만 저항성 콩 진딧물 저항성 을 보이고, 콩 진딧물형 2와 3에는 감수성을 보였다. Rag2는 콩 진딧물형 1과 2에 저항성을 보이는 반면, 콩 진딧물형 3에는 감수성을 보였다. Rag3 또한 콩 진딧물형 1과 2에 저항성을 보이나, 콩 진딧물형 3에 대한 반응은 보고되지 않았다 (Crop Sci. 48:923-928; J. Econ. Entomol. 103:509-515). 모든 콩 진딧물형에 저항성을 가진 유전자와 새로운 저항성 유전자 및 이미 확인된 저항성 유전자 모두를 가지는 품종개발을 위한 연구가 여러 대학교들뿐만 아니라 Monsanto, Pioneer, Syngenta등과 같은 미국 종자회사에서도 진행 중에 있다.
단일 우성 유전자인 Rag1과 Rag2는 각각 콩 염색체 7과 13에서 그 위치가 확인되었으나 두 유전자의 위치는 SSR 마커에 의
해 각각 콩 유전자 지도내의 12cM과 10cM 범위에서 확인되었기 때문에, 이 SSR 마커들을 이용한 marker-assisted
selection (MAS)의 효율은 상당히 떨어질 수 밖에 없다. 콩 진딧물 접종 실험 없이 보다 빠른 목표 유전자형의 선발과 저항성
콩 품종 개발을 위해, 각 유전자에 보다 가깝게 위치하거나 또는 유전자 내에 존재하는 분자마커의 개발과 후보 유전자의 탐
색이 절실히 필요하였다. 이에 필자와 Dr. Brian W. Diers(Univ. of Illinois at Urbana-Champaign)는 single
nucleotide polymorphism (SNP) 마커 개발을 통한 Rag1과Rag2의 정밀 유전자 지도 작성 및 후보유전자 탐색을 실시하
여, Rag1을 콩 염색체 7상의77kb 범위에서, Rag2를 콩 염색체 13상의 54kb 범위 내에서 그 위치를 확인하였다 (Theor. Appl.
Genet. 120:1063-1071; Theor Appl Genet. 121:599-610).
Rag1지역은 2개의 후보유전자를, Rag2 지역은 1개의 후보유전자를 포함하고 있었고, 이 정보들을 바탕으로 두 유전자의 클
로닝 및 형질전환 연구가 마무리 단계에 있다.
지구 온난화 현상과 대기 중의 이산화탄소 및 오존 함량의 증가는 콩 진딧물을 포함한 해충과 병 발생을 증가시킨다는 결과가
보고되었다. 대기 중 이산화탄소 농도의 증가는 콩 수량을 증가시켰으나, 오존 함량과 병충해 발생의 증가는 콩 수량에 부정적
인 영향을 끼쳤다 (Plant Physiology. 140: 779-790). 이러한 환경 변화에 내성을 가진 콩 품종의 개발과 병충해 저항성 품종
개발에 대한 연구는 미국에서 이미 큰 진전을 보이고 있으나, 국내에서는 그 연구가 시작단계이거나, 아직 시작도 되지 않은
실정이다. 콩 진딧물도 국내에서 1970년대에 이미 확인이 되었으나, 기후적 영향 (장마)과 콩의 소규모 재배로 인해 콩 진딧물
저항성 품종 육종에 대한 연구는 거의 수행되지 않고 있다. 우리나라는 콩 원산지와 가까운 지리적 여건 때문에 다양한 야생
종과 재래종이 존재할 뿐만 아니라 미국의 콩 유전자원센터가 보유하지 못한 많은 야생종들도 수집[예를 들면, 동해와 남해의
무인도지역에서 수집]되어 있기 때문에, 이 유전자원들은 미국 콩에서 발견되지 않은 콩 진딧물 저항성 유전자를 비롯한 많은
종류의 유용 유전자들을 함유하고 있을 것이다. 이러한 유전자원들을 이용한 앞으로의 환경변화 및 병해충에 저항성을 가지
는 콩 품종 육성은 국내뿐만 아니라 세계 각국에서 콩 육종의 목표가 될 것이다.
(주 출처: Fine Mapping of the Soybean Aphid Resistance Gene Rag2 in soybean PI 200538. Theor. Appl.
Genet. (2010) 121: 599-610; Discovery of Soybean Aphid Biotypes. Crop Sci. (2008) 48:923928)
김기승 박사님은 영남대학교를 졸업하시고 서울대학교에서 석사학위를 하시고 미국 일리노이대학교에서 콩 진딧물 저항성
관련 유전자 mapping에 대한 연구로 박사학위를 하시고 현재 박사후 연수과정을 하고 계십니다.
연락처: e-mail: kkim46@illinois.edu
출처: 한국콩연구회 소식 제 284호(10.8.25)
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