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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.27 No.2 pp.197-203
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2015.27.2.197

Analysis of Seed Size and Fatty Acid Composition in Six Crosses between Brassica napus and Brassica Rapa

Yong-Hwa Lee†, Tae-Sung Lee, Kwang-Soo Kim, Tae-Cheol Seo, Young-Seok Jang, Kyeong-Bo Lee
Bioenergy Crop Research Institute, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Muan 533-834, Republic of Korea
Corresponding author: (Phone) +82-010-2958-2981 yonghwa@korea.kr
February 5, 2015 April 28, 2015 April 28, 2015

Abstract

Seed size is an important component of yield in rapeseed (Brassica napus L.). In this study seed size (determined by 100-seed weight) in six rapeseed crosses between B. napus (maternal (♀) variety: Tammi, Tamla, Halla, Mokpo CGMS) and B. rapa (paternal (♂) variety: Sarso, Sarson, Sarsyun) were analyzed including parents and F1 and F2 generations. Differences in the mean 100-seed weight of F1 and F2 generations were detected in six crosses (Mokpo CGMS × Sarso, Mokpo CGMS × Sarson, Tammi × Sarsyun, Tammi × Sarson, Tamla × Sarsyun, Halla × Sarsyun). Mean 100-seed weight was highest in Tammi × Sarsyun cross. Several lines in F2 generations of three cross combinations (Tammi × Sarsyun, Tamla × Sarsyun, and Halla × Sarsyun) showed about 0.7g of 100-seed weight. Fatty acid compositions in the three cross combinations were further analyzed. The large seed lines were accompanied by a simultaneous increase in erusic acid that derived from paternal parents. Based upon these results, large rapeseed seed lines with low-erusic acid would be selected in subsequent generations.


유채 종간잡종 F1과 F2 집단의 종자크기 및 지방산 조성 변화

이 영화†, 이 태성, 김 광수, 서 태철, 장 영석, 이 경보
농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소

초록


    Rural Development Administration
    PJ009263012015

    유채(B. napus L., 2n = 38)는 세계 3대 유지작물중 하나로 서 재배면적이 확대되고 있다. 파종시기에 따라 유럽에서는 추 파형(winter type), 중국에서 반추파형(semi-winter type) 및 북 유럽, 캐나다, 호주에서는 춘파형(spring type)으로 분류된다 (Qian et al. 2006). 우리나라에서는 주로 추파종을 통해 논 이 모작(유채 + 벼) 재배가 가능한 동계작물이다. 유채는 종자 기름 함량이 45%로 많고, 올레인산(C18:1) 함량도 65% 정도로 높아 식용뿐만 아니라 바이오디젤 원료작물로도 유망하다(Lee et al., 2010).

    유채는 약 1000년 전 2배체 조상인 B. rapa(2n=20)와 B. oleracea(2n=18)의 종간 교잡에 의해 합성된 것으로 보고되었 다(Morinaga 1929; Un 1935). 따라서 형성 기원이 최근이고 유전적 기반이 좁기 때문에 육종 측면에서 한계가 있었다 (Becker et al., 1995; Lu et al., 2003). 2배체 조상인 B. rapaB. oleracea는 유전형과 표현형이 풍부하고, 다양한 우 량 형질을 포함하고 있다(Heath and Earle 1996; Liu and Yang 2004; Zhou et al. 2006). 또한 B. rapaB. oleracea 의 종간 교잡은 B. napus 품종에 비해 유전적 다양성이 풍부 때문에 하이브리드 육종(hybrid breeding)에서도 상당한 잠재성 을 가지고 있다(Zhao et al., 2009).

    전 세계적으로 다수성 유채 품종 육성은 중요한 육종 목표 였다. 유채 꼬투리는 주요 광합성 기관이고(Liu, 1987), 꼬투리 형질(협장, 협당립수, 종실중 등)은 종실수량과 직·간접적인 관 계가 있으며(Zhang et al., 2011), 유채 수량 증대를 위한 중 요한 요소로 고려되어 왔다. 이러한 꼬투리 형질은 핵내 유전 자에 의해 지배된다고 보고되었다(Wei, 2000). 협당립수는 유 채의 종실수량의 핵심 구성 요소이며, 자연적 대립 유전자 변 이에서 기인한 양적 형질 유전자좌(QTL)에 의해 조절된다 (Yano, 2001). 공동 분리 분석(joint segregation analysis)을 통 해 협당립수에 대한 유전적 연구가 수행되었다.

    본 연구의 목적은 유채 종자가 크고, 지방산 조성이 양호한 계통을 선발하고자 국내에서 육성된 유채(B. napus) 4품종과 국외에서 도입된 B. rapa의 3품종(꼬투리 구조가 1협4실로서 일반 유채 보다 비교적 굵고, 종자개수가 많은 편임)과 종간 교잡을 수행하여 잡종 F1 및 F2 집단에서 종자크기와 지방산 조성을 분석 하였다.

    재료 및 방법

    시험재료

    국내에서 육성된 유채(B. napus L.) 4품종(탐미, 탐라, 한라, 목포CGMS)을 모본(♀)으로, 대만 AVRDC(The World Vegetable Center, 세계채소연구소)에서 분양받은 B. rapa에 속하는 3 품종(Sarso(VI032808), Sarson(VI032773), Sarsyun(VI032716)) 을 부본(♂)으로 종간교잡에 사용하였다(Table 1). 국외도입 3 품종은 한 꼬투리 속에 자방이 4개의 실(locule)로 구획(1협4 실)되어있어 일반 유채보다 종자개수가 많을 뿐만 아니라 종 피색이 노란색이고, 종자 기름은 에루진산(C22 : 1) 함량이 50% 이상으로 높은 특징을 가지고 있다.

    종간교잡 및 잡종세대 전개

    본 시험은 2012년부터 2014년까지 농촌진흥청 국립식량과 학원 바이오에너지작물센터에서 수행하였다. 2012년 10월 공 시품종을 파종하였고, 동계 가온 하우스에서 생육시켜 종간교 잡을 실시하였다. 국내에서 육성된 유채 4품종을 모본(♀)으로 사용하고, 대만 AVRDC에서 분양받은 B. rapa 계열의 3품종 을 부본(♂)으로 사용하여 6 교배조합(목포CGMS × Sarso, 목포CGMS × Sarson, 탐미 × Sarsyun, 탐미 × Sarson, 탐라 × Sarsyun, 한라 × Sarsyun)에 대해 종간교잡을 실시하였다. 교 배작업과 잡종세재 전개는 selfing 봉투를 이용 화분비산에 의 한 타가수정을 방지하였다. 교배조합별로 F1(2013년) 및 F2(2014년)종자를 수확하였다.

    종자 100립중 조사

    종자 크기의 측정 수단으로서 100립중(g)을 조사하였다(Sharma et al., 2013). 100립중(g)은 교배친, F1 및 F2 집단을 수확한 후 종자를 잘 말린 다음, 종자계수기로 카운트하고, 전자저울로 무 게를 달아 조사하였다. 계통별로 2 ~5반복을 조사하였다.

    지방산 조성 분석

    유채종자 0.2 ~ 0.5 g을 막자사발에서 잘 마쇄한 후 Pearshaped flask에 넣고, Methanol(15 mL)과 Sodium methoxide (1 mL)을 넣은 후, 100°C에서 2시간 동안 반응시켰다. 반응물 을 상온에서 냉각시킨 후, n-hexane(15 mL)을 첨가, 혼합한 후 추출하고 상층액을 필터링하여 가스크로마토그래피(Agilent 7890)를 이용하여 분석하였다(이 등 2014). 지방산 조성 분석 시 칼럼은 HP-Innowax(30 m × 0.32 mm × 0.25 um)를 사용 하였고, 주입부 및 검지부 온도는 200°C와 250°C로 하였으며, 오븐 온도는 150°C에서 1분간 유지한 후, 분당 5°C씩 250°C 까지 상승시키고 250°C에서 20분간 유지하였다.

    결과 및 고찰

    F1 및 F2 집단의 종피색

    유채 6개 교배조합에서 모본(♀) 품종의 종피색은 흑갈색 내 지 검은색이 사용되었고, 부본(♂)의 종피색은 3품종 모두 노 란색이 사용되었다(Fig. 1). 교배조합별 F1 집단의 종피색은 전 반적으로 검정색, 갈색, 또는 황갈색이 혼합되어 나타났다. 특 히 목포CGMS × Sarson 교잡에서 F1 집단은 종피색이 검고 종자크기가 작은 반면, 탐미 × Sarsyun 교잡의 경우 F1 집단 은 종피색이 황갈색이면서 비교적 굵게 나타났다(Fig. 1). F2 집단에서 계통별 종피색은 F1 집단에서와 같이 갈색내지 검은 색으로 나타났으나, 탐미 × Sarsyun 교잡에서 F2 집단의 종피 색은 황갈색, 갈색, 흑갈객, 검은색 등 6개 교배조합 중 종피 색 변화가 가장 넓게 나타났다(Fig. 2).

    F1 및 F2 집단의 100립중

    교배조합별 F1 집단의 평균 100립중은 0.395 g(목포CGMS × Sarso), 0.252 g(목포CGMS × Sarson), 0.497 g(탐미 × Sarsyun), 0.465 g(탐미 × Sarson), 0.427 g(탐라 × Sarsyun), 0.423 g(한 라 × Sarsyun)으로 나타났다(Table 2). 이 중에서 탐미 × Sarsyun 교 잡에서 100립중이 가장 높게 나타났는데 이는 교배친으로 사 용된 탐미(♀)와 Sarsyun(♂)의 100립중이 각각 0.526 g과 0.516 g으로 가장 높았기 때문으로 사료된다(Table 1). 반면 교 배조합 목포CGMS × Sarso와 목포CGMS × Sarson는 F1 집 단의 100립중이 각각 0.395 g과 0.252 g으로 6개 교배조합 중 에서 가장 작았다(Table 2). 전반적으로 F1 집단의 100립중은 교배친의 차이에 따라 큰 차이가 있었다.

    F2 집단(총 750계통)에 대해 100립중을 분석한 결과, 교배조 합별 평균 100립중은 0.450 g(목포CGMS × Sarso), 0.444 g (목포CGMS × Sarson), 0.569 g(탐미 × Sarsyun), 0.496 g(탐미 × Sarson), 0.472g(탐라 × Sarsyun), 및 0.537g(한라 × Sarsyun)로 나 타났다(Table 2). 이들 중에서 탐미 × Sarsyun 교잡에서 F2 집단의 평균 100립중은 0.569 g로 가장 높게 나타난 반면, 목 포CGMS × Sarson 조합에서는 평균 100립중이 0.444 g으로 가장 낮게 나타났다. 교배 모본으로서 탐미와 부본으로 Sarsyun이 사용되었을 때 평균 100립중이 가장 큰 것으로 나 타났는데, 이러한 결과는 F1 집단에서 나타난 100립중 결과와 유사한 경향을 보였다. 교배조합내 계통별 100립중이 넓게 분 포하였고, 특히 탐미 × Sarsyun 및 한라 × Sarsyun 교잡의 F2 집단에서는 평균 100립중이 약 0.7 g인 계통들도 상당수 확 인되어 향후 대립유채 개발 교배모본으로 활용가치가 클 것으 로 기대된다(Fig. 3).

    F1 및 F2 집단의 지방산 조성

    지방산 조성은 3개 교배조합(탐미 × Sarsyun, 탐라 × Sarsyun, 내한 × Sarsyun)에 대해 교배친, F1 및 F2 집단에 대해 분석하였다. 교배 모본으로 사용된 탐미, 탐라, 및 한라 품종은 Oleic acid(C18:1)과 Linoleic acid(C18 : 2) 함량이 매 우 높은 반면, 부본으로 사용된 Sarsyun은 Erucic acid (C22 : 1)가 높은 품종이다(Table 3). F1 집단의 지방산 조성은 올레인산(C18 : 1)과 리놀레인산(C18 : 2)의 함량 이 크게 감소 하였고, Erucic acid(C22 : 1)과 Eicosenic acid(C20 : 1)이 크 게 증가하였다(Table 3). 그 결과교배친과 F1 집단의 지방산 조성은 큰 변화를 보였고, F1 집단의 지방산 조성은 Oleic acid(C18 : 1) > Erucic acid(C22 : 1) > Linoleic acid(C18 : 2) > Eicosenic acid(C20 : 1) > Linolenic acid(C18 : 3) > Palmitic acid(C16 : 0) > Stearic acid(C18 : 0) 순으로 나타났다.

    3개 교배조합별 F2 세대 116계통에 대한 지방산 조성을 보 면(Fig. 4), 3 집단 모두 Oleic acid(C18 : 1)과 Erucic acid (C22 : 1) 함량 변화가 가장 두드러지게 나타났다. Oleic acid (C18 : 1) 함량이 증가하면 Erucic acid(C22 : 1) 함량이 감소하 는 경향을 보였고, 반대로 Erucic acid(C22 : 1) 함량이 증가하 면 Oleic acid(C18 : 1) 함량이 감소하는 경향을 보였다. 특히 지방산 조성 측면에서 Oleic acid(C18 : 1) 함량이 높은 계통 들은 모본의 지방산 조성과 유사한 경향을 보였고, Erucic acid(C22:1) 함량이 높은 계통들은 부본의 지방산 조성과 유사 한 경향을 보였다. 본 연구결과에서 교배조합별 F2 세대에서 100립중과 지방산 조성을 상호 비교함으로서 종자 크기가 크 면서 지방산 조성이 우수한 계통을 선발 할 수 있으리라 기대 한다.

    적 요

    본 연구는 지방산 조성이 우수하고 종실중도 무거운 유채 계통들을 선발하고자 국내에서 육성된 유채 4품종(탐미, 탐라, 한라, 목포CGMS)을 모본으로 이용하고, 대만 AVRDC에서 도 입된 3 품종(Sarso, Sarson, Sarsyun)을 부본으로 사용하여 종 간교잡을 실시하였다. 교배친, F1 및 F2 세대에서 100립중, 지 방산 조성, 및 종피색을 분석하였다. F1 및 F2 세대에서 100 립중을 조사한 결과, 교배 모본으로 탐미와 부본으로 Sarsyun 이 사용된 경우 평균 100립중이 가장 큰 것으로 나타났다. 지 방산 조성 측면에서는 Oleic acid(C18 : 1) 함량이 높은 계통 들은 모본의 지방산 조성과 유사한 경향을 보였고, Erucic acid(C22 : 1) 함량이 높은 계통들은 부본의 지방산 조성과 유사한 경향을 보였다. 본 연구결과를 바탕으로 향후에는 종 자가 크고 지방산 조성이 양호한 계통선발이 가능하여 바이 오디젤용 고수율·대립 유채 종자 개발이 가능할 것으로 기대 된다.

    Figure

    KSIA-27-197_F1.gif

    Seed color of parents and F1 generation in six crosses. F1 seeds from six crosses between black (B. napus) and yellow (B. rapa) seeded rapeseeds.

    KSIA-27-197_F2.gif

    Seeds of F2 generation in the cross between Tammi and Sarsyun. (A) Tammi (♀), (B) Sarsyun (♂), (C, D, E, F) Seed samples of F2 generation. The color of seed coat is different from their parental plants.

    KSIA-27-197_F3.gif

    Distributions of 100 seed weight in F2 generation of six crosses between B. napus and B. rapa. (A) Mokpo CGMS × Sarso, (B) Mokpo CGMS × Sarson, (C) Tammi × Sarsyun, (D) Tammi × Sarson, (E) Tamla × Sarsyun, (F) Halla × Sarsyun.

    KSIA-27-197_F4.gif

    Fatty acid composition in F2 progenies of three cross combinations. (A) Tammi × Sarsyun, (B) Tamla × Sarsyun, (C) Halla × Sarsyun.

    Table

    Comparison of 100 seed weight in maternal (♀) and paternal (♂) parents

    100 seed weight in F1 and F2 progeny

    Variation of fatty acid composition (% of total acids) in maternal, paternal and F1 seeds

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