1-37. 배수성 육종

1. 배수성 육종

1)  의미

• 배수체의 특성을 이용하여 신품종을 육성하는 육종방법
• 3배체 이상 배수체는 2배체에 비해 세포와 기관이 크고, 병해충에 대한 저항성이 증대하며, 함유성분이 증가하는 등 형질변화가 일어남

2)  배수체를 작성하는 방법

①  콜히친 처리법

• 세포분열이 왕성한 생장점에 콜히친을 처리
• 분열 중인 세포에서 방추체 형성, 동원체 분할, 방추사의 발달 등을 방해하여 배수체를 형성
• 2배체 식물의 발아종자나 끝눈 또는 겨드랑이눈의 생장점에 0.01~0.2% 콜히친수용액을 처리하면, 복제된 염색체가 양극으로 분리되지 못하여 4배성 세포(2n=4x)가 생기는데, 이 세포가 4배체로 발달함

② 조직배양에서 생기는 배수성 세포(3x, 4x 등)를 재분화시키는 방법

③ 아세나프텐처리법, 절단법, 온도처리법 등

 

※  다양한 유전현상의 원인

배수체 생성 원인	체세포분열 때 복제된 자매염색분체가 분리되지 않기 때문, 감수분열이 안 된 배우자끼리 수정되기 때문
이수체 생성 원인	염색체의 불분리 현상 때문
복대립 유전자 원인	같은 유전자좌에서 반복적인 돌연변이가 일어났기 때문
단위결과 원인	염색체 조성이 복잡하여 정상적인 배우자를 형성할 수 없기 때문

2. 배수체의 종류

1)  정배수체 : 동질배수체, 이질배수체

①  개념 :  작물의 거의 절반은 정배수체(3x, 4x, 6x 등)이며, 정배수체의 대부분은 이질배수체이고 동질배수체는 10% 미만으로 구성

②  배수체 생성 원인

• 체세포분열 때 복제된 자매염색분체가 분리되지 않기 때문
• 감수분열이 안 된 배우자끼리 수정(2n)되기 때문

2)  동질배수체

①  개념

• 동질배수체는 증가된 게놈수에 따라 2배체(2x), 3배체(3x), 4배체(4x) 등으로 불리며, 3배체와 4배체가 많이 발견됨
• [예] 바나나는 3배체(x=11), 감자는 4배체(x=12), 고구마는 6배체(x=15)

②  특징

• 유전물질이 증가된 것이므로 2배체에 비하여 세포와 기관이 커지고, 생리적으로 강하며, 함유성분이 변화하고, 생육 · 개화 · 성숙이 지연되는 특징이 나타남
• 동질배수체의 임성정도는 높은 것은 70%, 낮은 것은 10% 이하가 됨

③  종류 : 동질배수체는 주로 3배체롸 4배체를 육성함

• 동질3배체 : 4배체(♀) × 2배체(♂)에서 나온 동질 3배체(♀)에 2배체(♂)의 화분을 수분하여 만든 수박종자를 파종하여 얻은 과실(씨없는 수박)은 종자가 맺히지 않음
• 동질4배체 : 대부분의 식물에서 콜히친을 처리하면 동질 4배체를 육성할 수 있으며, 사료작물(이탈리안라이그래스, 퍼레니얼라이그래스, 레드클로버 등)과 화훼류(피튜니아, 플록스, 금어초 등)에서 많이 이용

3)  이질배수체(복2배체)

①  개념

• 같은 게놈을 복수로 가지고 있어서 복2배체라 함
• [예] 

담배(TTSS, 2n=48)	이질4배체
빵밀(AABBDD, 2n=42)	이질6배체
트리티케일(AABBDDRR)	이질8배체, 밀(AABBDD)과 호밀(RR)을 인공교배하여 육성
서양유채(AACC or BBCC, 2n= 38)	이질4배체

• 특징 : 이질배수체는 두 종의 중간형질을 나타내고, 적응력이 크며, 감수분열시 염색체 대합이 이루어지므로 임성이 높게 나타남

②  육성 방법

• ㄱ) 게놈이 다른 양친을 동질 4배체로 만들어 교배
• ㄴ) 이종게놈의 양친을 교배한 F1의 염색체를 배가시킴
• ㄷ) 체세포를 융합시킴

③  사례 : 대표적인 인공 육성 이질배수체

• 트리티케일 : 최초의 속간잡종, AABBDDRR = 밀(AABBDD) × 호밀(RR)
• 하쿠란(백람) : 최초의 종간잡종, 배추 ×양배추

4)  반수체

①  의미 : 게놈이 1개뿐인 반수체는 연약하고 생육이 불량하며, 완전불임으로 실용성이 없음

②  이점

• 콜히친을 처리하여 반수체의 염색체를 배가하면 곧바로 동형접합체를 얻을 수 있으므로 육종연한을 대폭 줄일 수 있음
• 상동게놈이 1개뿐이므로 열성형질을 선발하기 쉬움

③  반수체육종

• 반수체의 특성을 이용하는 육종방법
• 반수체는 거의 모든 식물에서 나타나며, 자연상태에서는 반수체 발생빈도가 낮음
• 인위적으로 반수체를 만드는 방법 : 약배양 또는 화분배양, 종속간 교배, 반수체유도유전자 등을 이용
• 약배양은 화분배양보다 배양이 간단하고 식물체 재분화율이 높음
• 최초 반수체육종 품종 : 화성벼(화분배양), 1985년에 품종 등록됨
• 화성벼, 화진벼, 화영벼, 화선찰벼, 화남벼, 화중벼, 화신벼, 화안벼 등은 모두 반수체육종으로 육성됨, 이들 품종의 육종연한은 4~8년이 소요

5)  이수체

①  종류

• 이수체는 흔하지 않은데 주로 1염색체생물과 3염색체생물로 나타남
• 2n-1 : 1염색체 생물, 예) 터너증후군
• 2n+1 : 3염색체 생물, 예) 다운증후군, 에드워드증후군
• 2n-2 : 0염색체 생물
• 2n+2 : 4염색체 생물
• 2n+1+1 : 2중3염색체 생물

②  특징 : 이수체는 감수분열을 할 때 염색체의 중복과 결실이 생겨서 식물체가 생존할 수 없음

③  발생원인 : 염색체의 불분리 현상 때문

• 2배체식물이 감수분열을 할 때 1개의 상동염색체 쌍이 분리되지 않고 한쪽 극으로 이동하면 n+1인 배우자와 n-1인 배우자가 형성되며, 이 배우자들이 정상인 배우자(n)와 수정되면 그 접합자는 2n+1 또는 2n-1이 되어 이수체가 나타남