1-35. 자가불화합성과 웅성불임성

1.  불임성

①  의미 

• 수분을 해도 수정 · 결실하지 못하는 현상, 작물의 생식과정에서 환경적 · 유전적 원인에 의해 종자 생산 불가
• 불화합성 : 생식기관이 건전한 것끼리 근연 간의 수분을 할 때, 어떤 경우는 수정 · 결실하지 못하는 성질
• 불친화성 : 식물 간의 유연관계가 멀기 때문에 나타나는 불임성

②  종류 : 유전적 불임성에는 일반적으로 자가불화합성과 웅성불임성이 있음

③  의의 : 식물이 유전변이를 확대하기 위한 수단이 됨

④  불임성의 원인

• 환경적 원인에 의한 불임성 : 환경요소가 부적당하여 나타나는 불임
• 자성기관의 불임 : 암술이 퇴화 · 변형되어 형태적 이상이 생긴 경우
• 웅성기관의 불임 : 웅성불임
• 자가불화합성 : 암술 · 화분의 기능은 정상이나 자가수분으로 종자를 형성하지 못하는 불임
• 생식기관의 형태적 결함에 의한 불임성 :

이형예(異型蘂) 현상	수술이나 암술의 길이가 꽃에 따라 다른 현상
장벽(墻壁) 수정	암술과 수술의 위치로 보아 자가 수정을 할 수 없는 화기 구조

2.  자가불화합성

①  자가불화합성의 메카니즘

• 암술머리에서 생성되는 특정 단백질(S-glycoprotein)이 화분의 특정 단백질(S-protein)을 인식하여 화합 · 불화합을 결정함
• 불화합인 경우 : 암술에서 생성되는 억제물질에 의하여 화분이 발아하지 못하고, 발아해도 화분관이 주두 내로 침입할 수 없으며, 화분관이 주두 내로 침입하여도 그 신장이 완전하지 못함
• 자가불화합성은 S 유전자좌의 복대립유전자가 지배함

②  생리적 원인

• 화분과 암술머리 조직 사이의 삼투압 차이
• 화분과 암술머리 조직의 단백질 간의 친화성 결여
• 화분의 발아 · 신장을 저해하는 억제물질의 존재
• 화분관의 신장에 필요한 물질의 결여
• 화분관의 호흡에 필요한 호흡물질 결여

③  유전적 원인

• 치사유전자가 존재하는 경우
• 염색체의 수적 · 구조적 이상
• 자가불화합성을 유기하는 유전자(이반유전자, 복대립유전자 등)
• 자가불화합성을 유기하는 세포질

④  유전양식

배우체형 자가불화합성	화분(n)의 유전자가 화합 · 불화합을 결정(가지과, 볏과, 사탕무)
포자체형 자가불화합성	화분을 생산한 식물체(포자체, 2n)의 유전자형에 의하여 화합 · 불화합이 결정됨(배추과, 국화과, 사탕무)
	배추는 자가불화합성의 유전자형이 다른 자식계통을 혼식하여 1대잡종 종자를 채종함(S1S1과 S2S2)

⑤  이형화주형 자가불화합성

• 자가불화합성 중에 메밀처럼 같은 꽃에서 암술대와 수술대의 길이 차이 때문에 자가수분이 안 되는 것
• 부적법(不適法) 수분 : 동형화 간 수분 (단주화 × 단주화, 장주화 × 장주화)에서 수정이 잘 안되는 현상
• 적법(適法) 수분 : 이형화 간 수분(장주화 × 단주화, 단주화 × 장주화)에서는 불화합성이 나타나지 않는 현상
• 유전양식은 포자체형 자가불화합성

3.  웅성불임성

1)  의미 

• 웅성불임성은 유전자 작용에 의하여 아예 화분이 형성되지 않거나, 화분이 제대로 발육하지 못하여 수정능력이 없기 때문에 종자를 형성하지 못하는 현상
• 웅성불임성에는 핵내 ms유전자와 세포질의 mtDNA가 관여함

2)  종류

①  세포질 웅성불임성(CMS)

• CMS : cytoplasmic male sterility
• 세포질 유전자만 관여하는 웅성불임(벼, 옥수수)
• 세포질 웅성불임성은 화분친에 관계없이 불임이 되므로 양파처럼 영양기관을 이용하는 작물에서 1대잡종을 생산하는 데 이용됨

②  유전자 웅성불임성(GMS)

• GMS : genetic male sterility
• 핵내 유전자만 작용하는 웅성불임(벼, 토마토, 보리)
• 유전자 웅성불임성 중에는 온도 · 일장 · 지베렐린 등에 의해 임성을 회복하는 환경감응형 웅성불임성이 있음
• 벼의 온도감응형 유전자 웅성불임성은 21~26℃에서 임성을 95% 이상 회복하므로 1대잡종 종자를 채종하는데 이용함

③  세포질 · 유전자 웅성불임성(CGMS)

• cytoplasmic - genetic male sterility
• 핵내 유전자와 세포질 유전자의 상호작용에 의한 웅성불임(벼, 아마, 사탕무, 양파)
• 세포질 · 유전자 웅성불임성은 화분친의 임성회복 유전자(Rf)에 의해 임성이 회복되므로
• 이 웅성불임계통(자방친)에 임성회복유전자를 가진 계통(화분친)을 교배하여 1대잡종 종자를 채종함