호박은

Cucurbita 속에 속하는 1년생의 덩굴성 초본으로 자웅동주이고 단성화를 가지고 있으며, 박과채소 중에서도 가 장 강건하며 흡비력이 강하고 척박한 토양에서도 잘 자라는 것 으로 알려져 있다. Cucurbita spp.는 세계적으로 약 27종이 분포 하고 있으며, C. moschata, C. maxima, C. pepo, C. mixta 및 C. ficifolia 5종이 재배종으로 알려져 있고, C. martinezii 등 10 여종이 야생종으로 분류되고 있다(Huh et al., 2010). 이중 온 대지방에서는 C. moschata, C. maxima와 C. pepo가 많이 재 배되고 있다.

호박에는 바이러스병, 잿빛곰팡이병, 덩굴쪼김병, 덩굴마름병, 역병, 노균병, 뿌리혹선충병 등 다양하게 발생한다(Pathology, 2009). 그 중 흰가루병은 시설이나 노지재배에서 잎에 흔히 발 생하며 일조부족, 고온, 환기불량, 밀식 재배 및 질소 비료 과 용 등으로 포장 전체에 만연하며, 시설 재배지의 경우 고온 다 습 후 건조 등이 병원균의 번식생리생태에 적합하여 방제를 소 홀히 할 경우 수확을 하지 못할 정도로 피해가 크다(Cho et al., 2005). 박과류에 흰가루를 일으키는 병원균은 세계적으로 두 종 Sphaerotheca fuliginea 와 Erysiphe cichoracearum이 보고되었으며(Zitter et al., 1996), 국내에서 흰가루병을 일으키 는 병원균은 S. fuliginea (S. fusca)에 의해 발병하는 것으로 알려져 있다(Shin, 2000).

흰가루병 방제는 주로 농약을 이용한 화학적 방제를 하고 있 으나 약제 저항성균의 출현(Erickson and Wilcox, 1997; Mcgrath, 1996; Mcgrath et al., 1996; O'brien, 1994) 및 잔 류 농약으로 인한 환경오염문제 등으로 농약사용을 줄이고 있 는 실정이다. 농업인들의 환경 보전에 대한 의지와 함께 소비 자들의 안전 농식품에 대한 요구가 높아져 친환경 유기농업에 대한 관심도가 높아졌으며, 정부에서도 유기합성농약의 사용량 을 대폭 줄이고자 정책적으로 친환경 유기재배 농가를 지원하 고 있다(Seo et al., 2009). 호박 흰가루병 방제와 친환경 호 박 생산을 위해서는 친환경 유기재배 뿐 아니라 흰가루병 저 항성 품종 개발이 필수적이라 할 수 있다. 흰가루병 저항성 품종 육성을 위해서는 흰가루병 저항성의 우수한 자원선발이 우선시 되어야 할 것이다.

본 연구는 농촌진흥청 농업유전자원센터에서 보존하고 있는 호박 유전자원에 대해 호박 흰가루병 저항성 정도를 평가하여 그 정보를 연구자에게 제공하며, 흰가루 저항성 호박의 저항 성 기작을 이해함으로써, 새로운 저항성 자원을 선발하여 흰 가루 저항성 품종육성에 필요한 기초자료를 제공하고자 수행 하였다.

재료 및 방법

실험재료

호박 흰가루병 저항성 평가를 위해 농업유전자원센터에 보 관중인 31개 국가에서 수집한 Cucurbita maxima 88점, C. moschata 118점, C. pepo 42점 총 248점을 분양 받아 시험 재료로 이용하였다(Table 1). 본 실험에서는 흰가루병 저항성 으로 알려진 천수와 C. matinezii 종인 PR34-1을 대조품종으 로 이용하였다(Cho et al., 2004). 각각의 종자는 0.1% 베노 밀 수화제 (50% benomyl)로 종자소독 후 filter paper를 깐 Petri-dish에 치상하여 20℃ 항온기에서 2일간 두어 발아시켰 다. 발아한 종자는 플러그 묘판(4 × 8)에 피트모스 배양토에 파 종하여 비닐하우스에서 5주간 육묘하였다. 한 유전자원당 16 립을 파종하여 흰가루병 접종 후 저항성 평가를 수행하였다.

저항성 검정

병원균 접종은 파종 후 본엽이 2 ~ 3엽 전개되었을 때 실시 하였다. 흰가루병에 감염된 잎을 수집하여 그물망에 넣어 50 cm 높이에 5 m 간격으로 걸어두어 흰가루병 발병을 유도 하였다. 접종 한달 후 흰가루병 조사를 실시하였다. 흰가루병 발병 평가는 엽면적에 대한 흰가루병 발생면적의 정도를 나타 내는 병반면적율에 따라 6단계로 조사하였다(Huh et al., 2010). 즉, 병징이 전혀 관찰 되지 않았을 때는 발병도 0으로, 병반면적율이 1% 미만일 때를 1로, 1 ~ 5% 일 때를 3으로, 6 ~ 10% 일 때 5로, 11 ~ 20% 일 때 7으로, 21% 이상일 때 를 9로 평가 하였다. 발병도 3미만을 나타내는 호박을 저항성 으로, 발병도 3보다 크고 5보다 작을 때를 중도 저항성, 발병 도가 5 이상일 때를 감수성으로 판단하였다.

현미경 검경

호박 흰가루병 조사 결과 C. moschata 와 C. maxima에서 감수성, 중도저항성과 저항성을 선발하여 완전히 성숙한 잎의 가운데 부분을 멸균된 칼로 1 × 3 mm 크기로 잘랐다. 자른 시 료는 즉시 0.1M sodium cacodylate buffer (pH 7.0) Karnovsky’s 고정액으로 4℃에서 2시간 고정하였다(Karnovsky, 1965). 고정된 시료는 버퍼로 세척 후 1% osmium tetroxide로 2시 간 2차 고정 하였다. 이후 시료는 멸균수로 수세후 0.5% uranyl acetate로 en bloc staining 하였다. 다음 날 시료를 30, 50, 70, 80, 90, 100% 에탄올로 마지막은 100% 에탄올로 3 회 반복 각 10분씩 탈수 후 propylene oxide로 치환하였으며 Spurr’s epoxy resin 으로 포매하였다(Spurr, 1969). 시료는 Ultramicrotome (RMC, Inc., Tucson, AZ)으로 80 nm 두께로 절편을 내어 2% (wt/vol) uranyl acetate와 Reynold's lead citrate로 7분간 염색 후 투과전자현미경 (LEO912AB, Carl Zeiss, Germany) 으로 검경하였다. 사진은 CCD camera로 촬 영 후 사진을 소프트웨어 analySIS 2.1 (SIS GmbH, Münster, Germany)를 이용하여 세포벽과 큐티클층 두께를 측정하였다.

결 과

저항성 검정

호박 흰가루병은 접종 7일경부터 잎 표면에 흰가루 병반이 생성되기 시작하였다. 초기에는 잎 표면에 작은 병반을 형성 하다가 시간이 경과되면서 잎 표면 전체를 덮었다. C. maxima인 IT 270923과 C. moschata IT 270900은 흰가루병 병징이 전혀 나타나지 않았다. C. maxima인 IT 252968과 IT 240880이 흰가루병 발병도 1.29와 1.44로 흰가루병 저항성으 로 평가되었으며, IT 216910, IT 213020, IT 202226, IT 228190, IT 186368 은 발병도 3.33에서 4.87로 중도저항성으 로 평가되었다. 흰가루병 저항성 대조품종으로 사용한 천수는 발병도 3.56으로 평가되었다(Table 2).

C. maxima 종은 총 88자원에서 IT 240880, IT 252968, IT 270923자원이 발병도 3 미만으로 저항성으로 판별되었으 며, IT 186368, IT 202226, IT 213020, IT 216910, IT 228190 5자원이 발병도 3 보다 크고 5 보다 작아 중도저항성, 80자원이 발병도 5 보다 커서 감수성으로 판별되었다. C. moschata 종에서는 총 118자원 중 IT 270900 1 자원이 저항성 으로 판별되었으며, 나머지 117자원은 감수성으로 판별되었다. C. pepo 종은 42자원 모두 감수성으로 판별되었다(Table 3).

세포벽 두께

표피세포벽 두께는 흰가루병 저항성으로 알려진 C. martinezii 인 PR34-1이 1,059.6 μm로 가장 두꺼웠으며, 다음 으로 C. maxima 중에서 저항성인 IT 240880 이 1,034.5 μm, C. moschata 중에 저항성인 IT 270900 이 919.9 μm로 측정 되어 흰가루 저항성인 자원은 종간의 유의성이 없었다(Fig. 1, 3). C. moschata 중에서 흰가루병 저항성인 IT 270900은 중 도저항성인 Chensu, 감수성인 IT 202247 보다 세포벽이 두꺼 웠으며, Chensu와 IT 202247간의 유의성은 없었다. C. maxima 중에서는 흰가루 저항성인 IT 240880이 중도저항성인 IT 216910보다 두꺼웠으며, IT 216910 이 감수성인 IT 119034보다 두꺼워 흰가루병 저항성이 높을수록 세포벽이 두 껍게 나타났다.

큐티클층의 두께는 C. moschata 와 C. maxima 모두에서 흰가루 저항성 자원과 중도저항성 자원 간의 유의성이 없었으 며, 두 종 모두 저항성 자원이 감수성 자원보다는 두껍게 나 타났다(Fig. 2, 3). 흰가루 저항성과 중도저항성 자원 모두에서 C. maxima 가 C. moschata 보다 두껍게 나타났으며, 감수성 자원은 두 종 간의 차이가 없었다. C. maxima에서 큐티클층 의 두께는 중도저항성 자원인 IT 216910은 48.4 μm로 감수성 인 IT 119034 보다 두 배 가까이 두꺼웠다.

고 찰

본 연구는 호박 유전자원 248점에 대해 흰가루병에 대한 저 항성 정도를 판별하여 그 정보를 이용자에게 제공하고 저항성 자원은 흰가루병 저항성 품종 육성 재료로 제공하고자 수행하 였다.

농업유전자원센터에 보관중인 248점의 호박유전자원으로부 터 흰가루병 저항성 평가 결과 C. maxima 는 88점 중 3점 이, C. moschata 는 188점 중 1점이 저항성으로 판별되었으나 C. pepo 에서는 저항성 자원이 없는 것으로 나타났다. 이는 Cho et al. (2005)의 연구에서 C. pepo 23점이 C. maxima나 C. moschata 에 속하는 것들보다 더 이병성인 것으로 판단된 다고 하였는데 본 실험에서도 총 248점 중 C. pepo 종에 속 하는 42점의 유전자원들이 모두 이병성으로 나타나 같은 경향 을 나타내었다. C. pepo의 저항성 품종 육종을 위해서는 종내 에서 저항성 자원을 찾기 어려우므로 다른 종과의 교잡을 통 한 흰가루병 저항성 유전자의 도입이 필요할 것이다.

흰가루병 저항성으로 알려진 PR34-1 흰가루병균을 접종한 상태에서 흰가루병 발병도 6.6정도의 발병을 보였으나 포장에 정식 후에는 흰가루 병반을 육안으로 관찰할 수 없을 정도로 줄었다(본문에 미보고). Cho et al. (2005)이 C. martinezii에 흰가루병균을 인공접종 후 20일경 까지는 이병성 품종과 같이 10% 정도의 병변면적율을 보이지만 이후 시간이 경과하면서 병반면적율이 감소되는 것을 확인하였는데 이과 같은 경향을 보였다. C. martinezii는 본 엽 3 ~ 4매까지의 유묘기에는 자연 상태에서도 어느 정도 발병되나 포장에 정식 후 시간이 지나 면 육안으로 흰가루병 발병 상황을 확인할 수 없을 정도로 강 한 저항성 반응을 보여 생육 기간 동안 저항성이 유지된다고 하였다(Cho et al., 2004; Cho et al., 2005).

표피 세포는 식물의 가장 바깥쪽에 있는 세포층으로 수분 손실을 막고, 외부의 물리적인 장애나 병원균에 대한 1차적인 방어 역할을 하는 곳이다. 표피 세포의 외곽에는 큐티클로 덮 혀있으며, 큐티클은 큐틴이나 왁스 등으로 구성되어 대기로부 터 수분 손실을 막을 뿐 아니라 곰팡이 세균 등 병원균의 침 입에 대해 중요한 방어역할을 한다(Jenks et al., 1994). 포도 잎에서 큐티클층의 두께는 흰가루병 저항성과 정의 상관관계 가 있다고 보고하였다(Heintz and Blaich, 1990). 표피세포를 직접 뚫고 침입하는 병원균에 대해서는 큐티클층이 두꺼운 기 주 일 수록 병저항성이 증가할 것이다. 그러나, 큐티클의 두께 가 병저항성과 항상 상관관계가 있는 것은 아니다(Comménil et al., 1997).

호박에서의 표피세포와 큐티클층의 두께가 흰가루병의 병저 항성 정도와 관련이 있는지 조사해 보았다. 표피세포 두께는 C. martinezii 인 PR34-1이 가장 두꺼운 것으로 나타났다. C. moschata, C. maxima는 모두 흰가루병 병저항성이 높을수록 표피세포벽의 두께가 두꺼웠다. C. maxima는 흰가루병 저항 성이 가장 두꺼웠으며 다음으로 중도저항성, 감수성 차례로 두 꺼웠다. C. moschata는 흰가루병 저항성이 가장 두꺼웠으며, 중도저항성과 감수성 사이의 유의성은 없었다. 큐티클층의 두 께는 C. maxima이 C. moschata보다 두꺼운 경향이었으며, C. moschata, C. maxima 모두 흰가루병 저항성이 강할수록 큐티클층의 두께가 두꺼웠다. 그러나, C. moschata, C. maxima 모두 흰가루병 저항성과 중도저항성 자원 사이의 유 의성은 없었다. 그리고, C. martinezii 인 PR34-1은 C. moschata와 C. maxima의 감수성 자원과 비슷한 두께로 나타 났다. C. martinezii는 포장에 정식 후 생육후기에 큐티클층은 C. moschata와 C. maxima의 감수성 자원과 비슷한 두께로 나타났지만 흰가루병 발병 상황을 육안으로 확인할 수 없을 정도로 저항성을 나타내어 큐티클층 두께 외에 저항성을 나타 내는 다른 요인이 있을 것으로 보인다. C. moschata와 C. maxima의 경우 표피세포와 큐티클층의 두께가 두꺼워짐에 따 라 저항성을 나타내어 표피세포와 큐티클층의 두께가 호박 흰 가루병균의 침입에 중요한 방어역할을 할 것으로 사료된다.

본 실험에서 호박 흰가루병 저항성으로 C. moschata 1점, C. maxima 3점을 선발하였다. 특히 C. moschata IT 270900, C. maxima IT 270923은 전혀 발병하지 않아 높은 저항성을 나타내어 호박 흰가루병 저항성 육종과 유전 연구를 위한 재 료로서 이용이 기대된다.

적 요

호박 흰가루병은 호박 재배에서 중요한 병중의 하나이다. 호 박 흰가루병 발생을 억제한는 최선의 방법은 흰가루병 저항성 유전자원의 선발과 이를 이용한 저항성 품종의 육성 일 것이 다. 본 연구는 호박 생산에 걸림돌이 되는 흰가루병 발생을 최소화 할 수 있는 저항성 품종 육성하고자 농업유전자원센터 에 보존되고 있는 유전자원으로부터 흰가루 저항성자원을 발 굴하기 위하여 수행하였다. 흰가루병 저항성 평가를 위해 248 점의 유전자원을 흰가루병에 감염된 잎을 가지고 접종하였으 며 비닐하우스에서 접종 한달 후에 평가하였다. 호박 흰가루 병 저항성으로 Cucurbita maxima 3점과 Cucurbita moschata 1점이 선발되었으며, 5점이 중도저항성으로 평가되었다. 흰가 루병 저항성 정도는 표피세포와 큐티클층의 두께가 두꺼울수 록 저항성으로 나타났다. 표피세포와 큐티클층의 두께가 흰가 루병균의 침입을 억제하는데 중요한 역할을 할 것이다. 저항 성 자원 4점은 흰가루병 저항성 육종의 재료로 이용할 수 있 을 것이다.