대두의 가뭄 내성 개선

Improving drought tolerance in soybean

제한된 물 가용성은 대두의 농업 생산성을 위협하는 중요한 문제입니다, 수확량을 40%까지 감소시킵니다.

기후 변화로 인해 가뭄 내성이 향상된 품종이 필요하지만, 현장의 가뭄 조건은 공간적, 시간적으로 예측할 수 없기 때문에 현장에서 가뭄 내성을 표현형화하는 것은 어려운 일입니다. 이로 인해 가뭄 내성 형질을 지배하는 유전적 메커니즘에 대한 이해가 제대로 이루어지지 않았습니다. 조지아 대학교의 클린턴 스테케티 연구원은 가뭄 내성 형질에 대한 개선된 스크리닝 기술을 사용하여 새로운 가뭄 내성 대두 배아를 확인하고, 대두가 물 부족에 대처하는 데 도움이 되는 형질을 담당하는 게놈 영역을 명확히 함으로써 대두의 가뭄 내성을 개선하기 위해 노력하고 있습니다.

어떤 특성이 중요할까요?

클린턴과 그의 동료들은 연구 목표를 달성하기 위해 캔자스와 조지아 두 주에서 2년 넘게 유전적으로 다양한 211개의 대두 계통 패널을 평가하고 있습니다. 이 211개 계통은 30개국에서 온 것으로, 연간 강수량이 적은 지역과 가뭄 관련 형질이 강화된 새로 개발된 대두 계통에서 선정되었으며, 연구진은 가뭄에 취약한지 확인하고 캐노피 시들음과 같은 형질을 조사하고 있습니다. 일부 식물은 시드는 데 며칠이 더 걸리므로 종자 생산에 필요한 바이오매스를 생산하기 위한 광합성 능력을 계속 유지할 수 있습니다. 그가 평가하고자 하는 다른 특성으로는 기공 전도도, 열화상을 통한 캐노피 온도, 상대 수분 함량, 탄소 동위원소 판별 등이 있습니다.

soybeans in hands

환경 조건 모니터링을 위한 미기후 관측소 사용

클린턴은 가뭄에 강한 계통을 더 쉽고 예측 가능하게 선택하려면 현장 환경 조건에 대한 지식이 중요하다고 말합니다. 그는 "표현형은 얼마든지 만들 수 있지만, 실제 가뭄 조건에서 식물의 실제 표현형을 관찰해야 가뭄 내성 유전자를 발견하고 육종 프로그램에서 저항성을 개선할 수 있습니다."라고 말합니다.

연구팀은 METER 토양 수분 센서 외에도 METER 미기후 기상 관측소를 사용하여 두 곳의 현장 연구 현장에서 물 투입량을 모니터링하고 가뭄 관련 형질을 표현형화하기에 이상적인 시기를 결정했습니다. 스테케티는 "실험 재료를 재배하는 현장 옆에 미환경 모니터를 설치했습니다. 두 곳 모두 이 모니터를 사용하여 온도, 습도, 강수량을 측정하면서 성장기 내내 기상 조건을 주시하고 있습니다. 원격으로 데이터에 액세스할 수 있었기 때문에 해당 정보를 사용하여 현장에 나가서 플롯을 살펴볼 시기를 결정하는 데 도움이 되었습니다. 특히 가뭄 상황에서 가능하면 대두 식물 간의 큰 차이를 확인하고 싶었습니다. 상태를 모니터링함으로써 기상 데이터로 돌아가서 이 측정을 하기 전 3주 동안 비가 내리지 않았음을 보여줌으로써 실제로 가뭄이 발생했음을 증명할 수 있었습니다."

지금까지의 결과

2015년은 조지아에서 가뭄이 심했던 해는 아니었지만, 클린턴은 7월 말에 캐노피 시들음을 측정할 수 있었던 시기가 있었고, 그 결과 좋은 성과를 거둔 몇 개의 라인을 확인할 수 있었다고 말합니다. 그는 "우리 데이터를 캔자스의 협력자가 수집한 데이터와 비교했는데, 두 지역 모두에서 좋은 성과를 보인 몇 개의 라인이 있었습니다. 앞으로 1년간의 데이터를 통해 이 식물들이 가뭄에 잘 견디는 특성을 가지고 있음을 확인하고, 그 중 유리한 특성을 조사하여 육종 프로그램에 통합할 수 있기를 바랍니다."라고 말합니다.

향후 계획

연구팀은 게놈 전체 연관성 연구 접근법을 사용하여 관심 있는 가뭄 내성 형질을 담당하는 게놈 영역을 식별할 것입니다. 이 접근 방식은 현장 실험에서 수집한 표현형 정보와 대두 게놈 전체의 DNA 마커를 사용하여 해당 마커가 관심 있는 형질과 연관성이 있는지 확인합니다. 과학자들이 유전체에서 원하는 형질과 관련된 지점을 찾으면 선발에 사용할 게놈 도구를 개발하고 해당 형질을 엘리트 생식세포에 통합하여 궁극적으로 대두의 가뭄 내성을 개선할 수 있습니다.

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