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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.28 No.4 pp.553-557
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2016.28.4.553

Symptoms of Infected Seedlings and Screening of Breeding Lines and F1 Hybrids for Resistance to Fusarium Wilt in Bottle Gourd (Lagenaria siceraria Standl.)

Su Kim, Yun-Chan Huh*, Tae-Sung Park, Eun-Young Yang, Soo-Young Chae, Se-Woong An, Dong-Geum Park**, Ji-Hye Moon†
Vegetable Research Division, NIHHS, RDA, Wanju 55365, Korea
*Technology Service Division, NIHHS, RDA, Wanju 55365, Korea
**Urban Agriculture Division, NIHHS, RDA, Wanju 55365, Korea
Corresponding author: +82-63-238-6610; jhmoon@korea.kr
October 6, 2016 December 14, 2016 December 15, 2016

Abstract

Fusarium wilt caused by Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae is a destructive disease in cultivation of watermelon worldwide. This study was carried out to screen resistant lines to Fusarium wilt and to confirm resistant level of F1 hybrids derived from resistant lines by seedling test in bottle gourd to develop watermelon root stock. Symtpoms of bottle gourd seedlings infected by Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae were netted yellowing on the lowest leaves as the initial symptom and then progressed to shrinking of leaves and brown lesions just above the groundline and went to complete death. As a results of resistance screening by seedling test, four lines (71, 963385, BG710, IT210520) and two F1 hybrids (BG703 × FR79 and BG703 × PFR11) were selected for Fusarium wilt resistance. Four lines can be used as parental lines to produce F1 hybrid rootstock for watermelon. Genetic factors of resistance between parental lines and their F1 hybrids were not clear. It seems that several genes were involved or there was gene interaction. However, genetic analysis will be needed for clear confirmation of genetic aspects on disease resistance using their F2 population. Moreover, parental lines shoud be carefully selected in order to develop highly resistant F1 hybrids because resistance level of F1 hybrids vary according to the combination of parents. This study confirmed the possibility of developing high-resistant watermelon root stocks using bottle gourd.


박 덩굴쪼김병 유묘 감염증상 및 저항성 계통과 조합 선발

김 수, 허 윤찬*, 박 태성, 양 은영, 채 수영, 안 세웅, 박 동금**, 문 지혜†
농촌진흥청 국립원예특작과학원 원예작물부 채소과,
*기술지원과,
**도시농업과

초록


    Rural Development Administration
    PJ0086380 42016

    수박 접목재배는 저온신장성 증가와 토양병해의 대책으로 이용되고 있는 방법으로(Ashita, 1927; Lee et al., 2010) 수박 대목으로 호박, 박, 수박 등이 이용되고 있다. 호박대목을 이용 하는 경우 과실의 가용성 고형물 함량의 저하, 향기와 육질의 열악화, 공동과, 황대과 발생 등 품질저하가 나타나 고품질 수 박 생산에는 박 대목이 더 선호되고 있다(Karaca et al., 2012; Lee & Oda, 2010; Shinbori et al., 1981; Yamasaki et al., 1994; Yetisir et al., 2003). 그러나 박 대목을 특이적으로 감염시키는 Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae에 의한 시 들음 증상 등 토양병해로 인한 피해가 발생하고 있어 고품질 생산을 위한 박대목 사용에 어려움을 주고 있다 (Armstrong and Armstrong, 1978; Ashita, 1927; Huh et al., 2002).

    박 덩굴쪼김병은 Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae에 의해 시들음 증상이 발생하는 병해로 1962년 일본에서 박을 감염시키는 Fusarium spp.로 보고된(Sakata et al., 2007; Sato and Ito, 1962) 이래, 1970년대 중반 일본의 주산단지에서 박 대목 만을 침해하는 병해로 보고된 바 있다(Kuniyasu, 1980). 국내에서도 이 병원균에 의해 수박 시설재배단지에서 심각한 피해 발생이 나타나, 최근 과실 품질저하의 단점에도 불구하고 호박대목 이용이 증가하고 있는 실정이다. 한편, 수박 덩굴쪼 김병 저항성 대목용 수박이 육성된 바 있으나(Huh et al., 2002) 활용되지는 않고 있다. 박 덩굴쪼김병은 발병이 심할 경 우 박종자에서 2 ~ 5% 정도 병원균이 발견되어 종자전염이 되 는 것으로 보고되고 있어 그 피해는 증가할 것으로 생각된다 (Kuniyasu, 1980; Sultana and Ghaffar, 2009). 수박접목재배 를 위한 병저항성 대목이 Citrullus spp., CucumisCucurbita 등에서 보고되었지만(Hirai et al., 2002; Huh et al., 2002; Igarashi et al., 1987), 현재까지 병리연구나 저항성 유전 연구 등 저항성 대목품종 개발을 위한 기반연구는 미진한 실정이다.

    토양소독제인 메틸브로마이드의 사용이 금지됨에 따라 세계 적으로 접목재배의 필요성이 증가하고 있는 실정이다(Edelstein et al., 1999; Ristaino and Thomas, 1997). 메틸브로마이드 대체제 개발, 감수성인 재배품종의 저항성으로의 개량 등 장 기 개발 과정 이전에 대목을 이용한 접목재배는 단기간에 토 양 병해 문제에 대응할 수 있는 강력한 대책으로 활용되고 있 다(Karaca et al., 2012). 또한 근원연간의 교잡이 어려운 경 우라 하더라도 접목 친화성 평가 후 대목으로 이용할 수 있어 직접적으로 유전자원 및 계통을 재배에 이용할수 있다.

    따라서 본 연구는 박 유전자원 및 계통을 대상으로 박 덩굴 쪼김병 유묘 검정을 통해 박덩굴쪼김병 증상을 파악하고, 이 를 통한 저항성 계통을 선발하며 조합에 따른 교잡 1세대의 저항성 수준을 파악하고자 수행되었다.

    재료 및 방법

    식물재료

    식물재료는 국립농업유전자원센터에서 분양받은 박(Lagenaria siceraria Standl.) 유전자원 및 육성계통 25점과 육성계통을 이용한 1대잡종 27점, 시판대목(박 및 호박)과 수박 등 9점, 총 61점을 이용하였다. 식물체는 36구 플러그트레이를 이용하 여 종자 15립씩 파종하고 온실(28 ± 5°C)에서 10일 동안 육묘 하여 덩굴쪼김병균을 접종하였다.

    병 접종 방법 및 저항성 평가 방법

    박 덩굴쪼김병 저항성 검정을 위한 박 덩굴쪼김병 병원균 (Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae)은 국립농업유전자원 센터에서 KACC408099를 분양 받아 Potato dextrose agar (PDA; Becton, Dickinson and Co.) 배지에 28°C, 10일정도 배양하여 포자를 수거하고 4겹의 거즈로 걸러 접종에 이용하 였다. 병원균 포자농도는 hematocytometer를 이용하여 광학현 미경하에서 포자농도를 측정하고 1×105 conidia/ml 농도가 되 도록 멸균수로 희석하여 뿌리 침지접종에 이용하였다. 뿌리침 지접종은 유묘의 뿌리를 물로 세척하여 흙을 제거하고 포자현 탁액에 10분동안 침지한 후 36구 플러그트레이에 이식하였다. 접종한 식물체는 2일동안 80% 차광망으로 가리고 30°C이상 고온이 되지 않도록 관리하여 발병을 유도하고 이후는 일반 관리하였다. 접종 후 20일경 이병정도 및 발병 증상을 조사하 였다.

    박 덩굴쪼김병 저항성 평가는 접종 후 20일경 완전 고사 품종이 나타나는 시점을 기준으로 실시하였다. 저항성 평가방 법은(Fig. 1)과 같이 발병에 따른 식물체의 상태를 기준으로 3 단계로 나누어 실시하였다. 그 기준은 1. 건전; 2. 잎에 약한 그물모양황화; 3. 식물체 전체 황화를 포함한 위축 및 고사로 구분하여 조사하였다.

    결과 및 고찰

    박 덩굴쪼김병 접종에 따른 식물체의 증상

    박 덩굴쪼김병을 인공접종한 후 처음으로 확인 할 수 있는 유묘기 증상은 접종 후 7일경부터 첫번째 본엽에 그물무늬의 황화 증상이 나타나는 것이다(Fig. 2). 이것은 질소결핍에 의 한 황화와 달리 잎 전면에 나타나지 않으며 특히 엽맥부분에 서 황화가 시작되어 그물무늬를 보인다. 그물무늬의 황화 증 상은 세균에 의한 병해나 기타 진균에 의해 나타나는 병징과 는 구분되는 것으로, 박과작물 중 박에 감염될 경우 특이하게 나타나는 병징으로 보인다. 병이 진행되면서 잎이 위축되고 지 제부에 잘록한 증상이 나타나며 이후 시들어 고사하는 전형적 인 Fusarium 위조 증상으로 진행된다(Fig. 3). 한편 발병 정도 에 따라서는 상위엽이 그물무늬 황화와 함께 위축 증상까지만 나타나고 고사로 진행되지 않는 경우도 있다. 박과작물을 포 함한 여러 작물에서 Fusarium spp.에 의한 병징은 주로 시들 음 증상으로 보고되고 있으나(Kuniyasu, 1980), 박에서 인위적 인 접종에 의한 유묘의 반응은 저항성과 감수성을 정확하게 구분하는데 있어 중요한 요소라고 할 수 있다.

    박 유전자원 및 계통의 덩굴쪼김병 저항성 평가

    박덩굴쪼김병 저항성 유묘 검정을 실시하였다. FR79-3, PFR11, PFR11-6은 Huh et al. (2012)의 연구에서와 같이 강 한 저항성으로 나타났으며, 그외에 71, 963385, BG710, IT210520이 발병지수 1로 가장 높은 저항성 정도를 보였다 (Table 1). 다음으로 다소의 병징을 나타내는 개체를 포함하는 이병정도인 1.1 ~ 1.5미만에 해당하는 자원 및 육성계통은 963381, 963383, 963383-14, 963383-22, 963385-23, BG703, BG704, DJ, FP1, FRD26이었다. 고사 개체를 포함하거나 현 저한 병징(지제부 갈변증상, 그물모양 황화, 위축, 시들음)을 나타내는 이병정도인1.5이상 ~ 3.0미만 에 해당하는 자원 및 육 성계통은 963348, 963390-4, 963391-42K, BG711, BG712, FRD, FRD27이었고, 접종 식물체 모두 고사한 이병정도인 3.0 에 해당하는 자원 및 육성계통은 공시한 식물재료 중에는 없 었다. FP1과 963383은 Huh et al. (2012)의 연구에서 공시한 계통으로 본 연구에서도 동일하게 저항성으로 평가되어 접종 균주가 유사한 것으로 보여졌다. 한편 대비종에서는 호박인 신 토좌와 수박인 스피드꿀플러스만이 이병정도 1.0을 나타내고 나머지는 시판 대목 품종들은 1.2 ~ 1.9사이의 이병정도를 보 였다. 호박과 수박의 경우 병징을 보이지 않는 것은 차후 병 리 연구가 진행되어야 할 부분이지만 Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae균이 박에만 특이적으로 병을 일으키는 균으로 호박과 수박에는 병을 일으키지 않기 때문이다. 박의 경우 접 종 식물체 모두가 고사한 경우가 없는 것은 유묘검정의 경우 완전한 이병이 이루어지기 전에 병원성이 약해지거나 이른 저 항성 평가에 의한 것으로 생각할 수도 있다. 하지만, BG711(2.5 ± 0.31), BG712(2.7 ± 0.31)로 이병정도가 3.0에 가 깝게 평가된 계통이 존재하는 것으로 보아 병원성이나 조사시 기에 문제는 없었던 것으로 생각된다. 따라서 이러한 현상은 각 계통 및 유전자원을 이용한 저항성 유전 분석 등을 통하여 면밀히 검토해야할 부분이니, 공시한 박 유전자원 및 계통이 Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae에 정도는 약하지만 저 항성 및 강한 초세 등에 의한 이병 회피를 나타내는 유전자가 존재할 것으로 판단된다.

    이들 유전자원 및 계통을 이용한 교잡 1세대(F1)의 이병정 도는 1.0 ~ 2.6으로 넓은 범위로 나타났다. 저항성간의 교잡인 BG703 × FR79가 이병정도 1.0으로 강한 저항성을 보였다. 그 러나 963385 × FRD는 교배친의 이병정도가 각각 1.0과 1.9이 며, DJ × 963383은 교배친의 이병정도가 각각 1.1과 1.2이며, BG703 × PFR11은 교배친의 이병정도가 각각 1.1과 1.0임에도 불구하고 F1의 이병정도는 1.0으로 나타났다. 이것은 저항성이 F1에서 우열의 관계를 명확히 보이지 않으므로 하나의 유전자 가 관여하는 것은 아니라고 볼 수 있으며, 상위성 또는 대립 유전자 간의 상호작용 등으로 예측할 수 있으나 명확한 것은 후대를 통한 유전분석이 필요한 부분이다.

    한편 PFR11, PFR11-6를 친으로 이용한 경우 이병정도가 다소 증가하였으며 특히 71 × PFR11-6, BG710 × PFR11는 양 친의 이병정도가 모두 1.0임에도 불구하고 각각 1.2와1.1로 이 병정도가 증가하였다. 따라서PFR11과 PFR11-6 을 이용한 F1 작성은 교배친에 따라 저항성의 수준이 다르게 나타나므로 교 배친 선정에 신중해야 할 것으로 판단되었다.

    따라서 본 연구에서 새롭게 선발된 4점(71, 963385, BG710, IT210520) 은 수박과 접목을 통하여 접목친화성 및 당도 등 품질변화에 대한 평가 후 수박 대목 육성에 활용할 계획이다. 아울러 박에 대한 병저항성 연구가 미진한 현재 이 들 유전자원 및 계통을 이용한 연구가 지속적으로 이루어져야 한다.

    적 요

    박덩굴쪼김병의 유묘검정시 병징 구분을 통해 저항성 계통 을 선발하고 교잡 1세대(F1)의 저항성 수준을 확인하고자 수 행되었다.

    1. 박덩굴쪼김병 접종 후 박 유묘의 감염증상은 감염초기 하 위엽에 그물무늬 황화가 나타나고 감염이 전전될수록 잎의 위 축, 지제부 갈변 증상이 나타났으며 이후 고사하였다.

    2. 유묘검정 결과 71, 963385, BG710, IT210520이 발병지 수 1.0으로 가장 강한 저항성 정도를 보였다.

    3. F1 조합의 저항성 정도는 1.0 ~ 2.6으로 넓은 범위로 이병 증상이 나타났으며, 저항성간의 교잡인 BG703 × FR79와 BG703 × PFR11이 이병정도 1.0 ± 0.06으로 강한 저항성을 보 였다. 작성된F1에서의 저항성 유전양상은 우열의 관계를 명확 히 보이지 않아 여러 유전자가 관여하거나 유전자간 상호작용 발생 등으로 예측할 수 있으나 명확한 것은 후대를 통한 유전 분석이 필요한 부분이다.

    4. 교배친에 따라 양친의 저항성 수준이 높음에도 불구하고 저항성의 수준이 다르게 나타는 조합이 나타나 교배친 선정에 신중해야 할 것으로 판단되었다.

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 논문은 농촌진흥청 연구사업(세부과제번호: PJ0086380 42016)의 지원에 의해 이루어진 것입니다.

    Figure

    KSIA-28-4-553_F1.gif

    Resistance evaluation criterion of Fusarium wilt by root inoculation of seedling in bottle gourd. A, symptomless; B, unclear lesions developed on the plant (leaves: netted yellowing) ; C, severe lesions developed on the stem and leaves or complete death.

    KSIA-28-4-553_F2.gif

    Comparisoin of symtoms of Fusarium wilt by root inoculation of seedling and nitrogen starvation in bottle gourd. A, B, nitrogen starvation; C, netted yellowing; D, netted yellowing and shrinking

    KSIA-28-4-553_F3.gif

    Symtoms of Fusarium wilt by root inoculation of seedlings in bottle gourd. A, netted yellowing; B, shrinking of leaves and brown lesions just above the groundline; C, seedling mortality

    Table

    Evaluation of Fusarium wilt resistance in bottle gourd by root inoculation of seedling.

    zDisease index are means and standard deviations of replications and the same letters in column denote no significant difference at P = 0.01 by LSD test. 1 = symptomless; 2 = unclear lesions developed on the plant (leaves: netted yellowing) ; 3 = severe lesions developed on stem and leaves or complete death.

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