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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)

Journal of the Korean Society of International Agriculture Vol.31 No.1 pp.53-59
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2019.31.1.53

Characterization of Seed Longevity and Stale Flavor of Lipoxygenase-3 Null Rice Line under High Temperature Storage

Keon-Mi Lee

, Hyun-Su Park†, Man-Kee Baek, Choon-Song Kim, Seul-Gi Park, Chang-Min Lee, Jung-Pil Suh, Young-Chan Cho

National Institute of Crop Science, RDA, Wanju, 55365, Korea

Corresponding author (Phone) +82-63-238-5214 (E-mail) mayoe@korea.kr

Received February 14, 2019 Review March 19, 2019 Accepted March 22, 2019

Abstract

The absence of LOX-3 is reported that could contribute to enhance seed longevity and reduce stale flavor after storage in rice. Previously, we developed LOX-3 null rice line, Jeonju624, in the genetic background of Saenuri, mega variety of Korea. To elucidate the effect of introduction of LOX-3 null allele, we analyzed the seed longevity, fat acidity, LOX activity, and hexanal content under the high temperature storage. LOX-3 null rice, Daw Dam and Jeonju624 showed higher seed longevity than normal LOX-3 rice, Nampyeong and Saenuri. Fat acidities and LOX activities of Daw Dam and Jeonju624 showed lower variation than those of Nampyeong and Saenuri after storage. Hexanal, major component of stale flavor of stored rice, contents of Daw Dam and Jeonju624 showed lower value and variation than that of Nampyeong and Saenuri. Jeonju624 exhibited an enhanced seed longevity and an reduced stale flavor than Saenuri. In this study, we confirmed the effect of introduction of LOX-3 null allele to seed longevity and stale flavor under the high temperature storage.

Key Words : Rice , LOX-3 , Storage , Seed longevity , Stale flavor

고온 저장에 따른 lipoxygenase-3 결핍 벼 계통의 종자 수명 및 고미취 특성 분석

이 건미

, 박 현수†, 백 만기, 김 춘송, 박 슬기, 이 창민, 서 정필, 조 영찬

농촌진흥청 국립식량과학원

초록

키워드 :

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Cited-By

Funding:

Rural Development Administration
PJ01025503

서 언

벼는 저장 중 호흡 작용에 의해 각종 효소 활성 및 이화학 적 특성 변화가 일어나 수확 후 품질 변이가 발생한다(Zhou et al., 2002). 저장 중 벼 종실의 구성 성분 중 지질의 변화가 가장 먼저 일어나게 된다(Kwak et al., 2015). 지질은 저장 중 산소와 접촉하여 산화되거나, 지질분해효소(lipase)에 의해 가수 분해되어 glycerol과 유리 지방산으로 분해된다(Kim et al., 2008). 생성된 유리 지방산 중 리놀레산(linoleic acid), 리놀렌 산(linolenic acid)과 같이 1,4-pentadiene 구조를 가지고 있는 불포화 지방산은 관련 효소인 lipoxygenase (LOX)의 작용으로 산화되어 공액(conjugate) 과산화(hydroperoxy) 지방산을 생성 한다(Suzuki et al., 2010). 이후 과산화효소(peroxidase) 등의 영향을 받아 분해되어 알데하이드나 케톤과 같은 고미취와 관 련된 방향성 carbonyl 화합물을 생성한다(Suzuki et al., 1999). 벼에서는 약 14개의 LOX 단백질이 있는 것으로 밝 혀졌다(Umate 2011). LOX 동질 효소 중 벼의 종자에는 lipioxygenase-3 (LOX-3)가 주를 이룬다(Ida et al., 1983). LOX-3 결핍 벼는 고온 저장 후 LOX-3 보유 품종에 비해 pentanal, hexanal 등 방향성 물질이 적게 발생되어 LOX-3는 벼의 저장 중 고미취 발생과 밀접한 관련이 있는 것으로 보고 되었다(Suzuki et al., 1996, Suzuki et al., 1999). LOX-3는 종자의 저장 수명에도 관여하는 것으로 알려져 있다. LOX-3 유전자의 발현 양 감소는 저장 후 종자 수명을 증가시키고 과 발현은 저장 후 종자 수명을 감소시켜 LOX-3 결핍은 종자 수 명을 향상시킬 것으로 기대된다(Long et al., 2013, Ma et al., 2015). 하지만 LOX-3 유전자는 종자 수명과 부의 상관을 나타내는 수발아 관련 QTL qPHS3와 밀접하게 연관되어 있 어 LOX-3 결핍 대립유전자가 도입될 경우 수발아가 발생하 여 종자 수명이 단축될 수 있다 하였다(Lee et al., 2006, Suzuki et al., 2015). 또한 종자 수명에 LOX-3가 아닌 LOX-2가 지배적으로 관여한다는 보고가 있어(Huang et al., 2014, Zhang et al., 2007), LOX-3 결핍 대립유전자 도입 이 저장 후 종자 수명 향상에 미치는 영향에 대한 검토가 필요하다.

LOX-3가 결핍된 유전자원으로 최초로 보고된 것은 태국 열 대 자포니카(자바니카) 품종인 다우담(Daw Dam)이다(Suzuki et al., 1993). 일본에서 LOX-3 결핍 대립유전자를 가진 다우 담을 수여친으로 하여 저장 후 고미취 저감을 위한 육종 사업 이 수행되어 Hokuriku PL2와 Hokuriku 244가 육성되었다 (Suzuki et al., 2015). LOX-3 결핍 벼 개발을 위한 육종 사 업 초기에는 발색 반응을 이용한 선발이 이루어졌으나 이후 LOX-3 유전자를 동정하였고 LOX-3 결핍 대립유전자를 탐지 하는 분자 표지가 개발되어 이를 이용한 효율적인 선발이 이 루어지고 있다(Long et al., 2013, Shirasawa et al., 2008)

우리나라 가을철 수확된 벼를 저온으로 장기간 저장할 수 있는 미곡종합처리장은 제한되어 있다(Kim et al., 2014). 수 확된 벼를 상온에 장기 저장할 경우 여름철 고온 다습한 환경 조건을 거치게 되어 품질이 떨어지고 고미취가 발생한다 (Suzuki et al., 1999, Zhou et al., 2002). 이러한 문제를 해 결하기 위해서 저장 후 고미취 발생에 관여하는 LOX-3 결핍 대립유전자를 우리나라 우량 품종 배경에 도입하는 육종 사업 이 수행되었고, 분자 표지 선발과 여교배를 통해 새누리 배경 에 LOX-3 유전자가 결핍된 근동질 계통 전주624호를 개발하 였다(Park et al., 2018). 본 연구는 전주624호의 고온 저장 후 종자 수명 및 고미취 관련 특성을 분석함으로써 LOX-3 결핍 대립유전자 도입에 따른 저장 후 효과를 구명하고자 수 행되었다.

재료 및 방법

시험 재료 및 재배방법

LOX-3가 결핍된 시험 재료로 기 보고된 다우담(Suzuki et al., 1993), 새누리 배경에 LOX-3 결핍 대립유전자를 도입한 전주624호를 이용하였다(Park et al., 2018). LOX-3를 보유한 시험 재료로 전주624호의 반복친인 새누리를 이용하였고(Kim et al., 2008), LOX-3 보유 품종의 대표성을 높이기 위해 중 만생 벼 품종육성의 표준품종인 남평(Shin et al., 1998)을 추 가 공시하였다. 새누리와 함께 공시한 시험재료들은 농촌진흥 청 국립식량과학원 벼 시험포장에서 완전임의배치법 2반복으 로 2017년에 4월 30일 파종하여 5월 30일에 재식 거리 30 × 15 cm로 주당 3본씩 구당 156주를 이앙하여 생산력검정예 비시험을 수행하였다. 시비량은 N-P₂O₅-K₂O를 90-45-57 kg/ ha으로 질소는 기비 : 분얼비 : 수비를 50 : 20 : 30 비율로 분시 하였고, 인산은 전량 기비로, 칼륨은 기비 : 수비를 70 : 30 비율로 분시 하였다(Kim et al., 2008). 기타 재배 관리는 농촌진흥청 표준 재배법에 준하여 실시하였다.

고온 저장 조건

시험 재료의 고온 저장 후 종자 수명 및 고미취 특성을 분 석하기 위해서 기존 보고된 35°C 저장 조건을 적용하였다 (Kim et al., 2007, Kim et al., 2008). 생산력검정예비시험에 서 수확된 공시 재료의 정조를 자연상태에서 수분 상태 16% 정도로 건조하였다. Polyethylene film 지퍼백(250 × 300 × 0.1 mm)에 재료당 4반복으로 개별 밀봉하여 항온기(Multi Room Incubator, DS-14M, DASOL Sci.)에 35°C 고온 조건 으로 저장하였다. 저장 처리기간은 0주, 8주, 16주, 24주로 하 였다. 저장된 정조를 현미기(SyTH-88, 쌍용)로 제현 한 후 현 미 시료를 분석에 이용하였다.

종자 수명 조사

시험 재료의 종자 수명 분석을 위해 저장된 정조를 이용하 여 건열 처리 및 고온 저장 후 발아율 검정을 수행하였다. 건 열 처리는 기존 보고된 벼 유전자원 저장 수명 예측을 위한 90°C 건열 처리 조건을 적용하였다(Na et al., 2014). 저장 전 정조에 대해서 건조기(Convection Dry Oven, SJ-170414)에 90°C 조건으로 0, 12, 24, 36시간 건열 처리 하였다. 처리 후 실온에 1일간 방치한 종자를 이용하여 건열 처리 후 발아율 검정을 수행하였다. Petri dish에 여과지(Advantec No. 2, 90 mm)를 깔고 종자 100립씩 4반복으로 항온기(Multi Room Incubator, DS-14M, DASOL Sci.)에 25°C 조건으로 배양하 여 발아세와 발아율을 조사하였다. 발아세는 치상 후 5일, 발 아율은 치상 후 14일째에 전체 종자 중 발아된 종자의 비율로 구하였다. 종자 수명(P₅₀)은 발아율이 50%까지 저하되는데 소 요되는 기간으로, 처리에 따른 발아율 변화 추세선을 그리고 그 회귀방정식 y값이 50이 되는 x값으로 구하였다(Na et al., 2014). 고온 저장 후 발아율 검정은 35°C 고온에 0주, 8주, 16주, 24주 저장된 정조를 이용하였다. 일반적인 발아율 검정 조건인 25°C 상온 조건을 기준으로 하였고, 저장 기간에 따른 국내 육성 주요 벼 품종의 발아율 차이가 20, 25, 30°C 조건 에 비해 컸던 15°C 저온 조건을 포함하여 두 조건에서 발아 율을 조사하였다(Shon et al. 2014). 발아율 조사는 건열 처리 후 발아율 검정과 동일하게 하였다.

지방산가 측정

지방산가 측정은 기존 보고된 방법에 따라 수행하였다(Kim et al., 2007, Kim et al., 2008). A.O.A.C(1970)의 방법에 준하여 시료당 2반복 측정하고 KOH mg/100g dry meter로 환산하였다. 40 mesh로 분쇄한 현미 시료 10 g을 취하여 50 mL benzene (w : v = 1 : 5)에 30분간 진탕 시켜 유리 지방산 을 추출한 다음 여과지(Advantec no. 2, 90 mm)로 걸러서 여 과액만 따로 모았다. 그 후 여과액 15 mL에 동량의 alcoholphenolphthalein용액을 혼합하여 KOH 표준용액(0.0178 N)으로 표준색이 될 때까지 적정하였다. 지방산가는 현미 100 g 중의 유리 지방산을 중화 시키는데 필요한 KOH의 양(mg)으로 나 타냈다.

Lipoxygenase 효소 활성 측정

Lipoxygenase 효소 활성 측정은 기존 보고된 방법을 일부 수정하여 수행하였다(Kim et al., 2007, Kim et al., 2008). 저장 된 현미 시료를 곡류 분쇄기(Cyclotec 1093, FOSS, Sweden)를 이용하여 40 mesh로 분쇄하였다. 분쇄한 현미 시 료 2 g에 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 7.0) 10 mL를 (w: v = 1 : 5) 넣고 잘 섞어준 후 얼음 속에 넣어 10분 간 교반하였다. 원심분리기(MICRO 17R+, Micro High Speed Centrifuge)를 사용하여 15,000 g로 4°C에서 10분 동 안 원심 분리시켰다. Syringe filter로 깨끗하게 걸러준 상등액 을 조효소액으로 하여 -80°C에서 보관하면서 분석에 사용하였 다. Lipoxygenase 활성 측정용 기질로는 linoleic acid/0.2 M Tris-HCl buffer (pH 8.5)를 희석한 용액을 사용하였다. 기질 조제를 위하여 70 mg의 linoleic acid에 동량의 Tween 20, 0.2 M Tris-HCl buffer (pH 8.5) 25 mL을 가하였다. 산소와 접촉되지 않게 잘 밀폐한 후 초음파 기기(Power Sonic 410, Elma, DE/X-tra 70H)로 기포가 생기지 않도록 균질화 시켰다. 균질화된 기질액은 tube에 담아 바로 액체 질소에 넣어 급속 냉동 시킨 후 -80°C 보관하였다. 활성 측정은 큐벳에 0.2 M Tris-HCl buffer (pH 8.5) 2.0 mL과 기질 800 μL, 조효소액 200 μL를 넣고 반응시켜 생긴 과산화물을 234 nm (UV/Visible spectrophotometer, Ultrospec 4300pro, Amersham Bioscience, UK)에서 흡광도 변화로 측정하였으며, 이 때 반응 온도는 25°C로 하였다. Blank는 0.2M Tris-HCl buffer (pH 8.5) 3.0 mL으로 측정하였다. Lipoxygenase의 활성은 분당 0.001의 흡광도 증가를 1 unit으로 하였다

Hexanal 함량 분석

고온 저장 후 고미취 발생을 분석하기 위해 저장 후 발생하 는 대표적 방향성 물질인 hexanal 함량을 분석하였다(Suzuki et al., 1999). 향 성분을 포집하기 위하여 공기 포집기(MPS30; SIBATA, Tokyo, Japan)를 이용하였다. 시료의 포집은 실온에서 0.065 L/min의 속도로 Tenax GR 흡착관(Japan Analytical Industry, Tokyo, Japan)에 흡착시켰으며 총 흡착 양은 25 L 이다. 이 과정에서 흡착된 시료는 시료의 정성분석 을 위해 이용하였다. 흡착된 시료는 Purge & Trap Sampler (JTD-505III, Japan Analytical Industry, Tokyo, Japan)-GC/ MS QP 2010 plus (Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 분 석을 수행하였다. 흡착관에 흡착된 시료를 280°C에서 30분 동 안 탈착 시키는 동시에 curio pointer (-40°C)에서 재 흡착 시 켰으며, 재 흡착이 끝난 후 280°C로 pyrolysis시켜 시료를 컬 럼에 주입하였다. 그 외 조건은 transfer-line temperature; 280°C, needle heater; 200°C, cold-trap heater; 86 MPa, head press; 1.0 mL/min, column flow; and l/10, split ratio로 분석을 수행하였다. 시료의 분석은 GC/MS QP 2010 plus (Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 진행하였다. 컬럼 은 DB-624 column (30 m × 0.251 mm × 1.40 mm; Agilent Technologies, Wilmington, DE, USA)를 사용하였으며, oven temperature program은 40°C for 3 min hold, 10 mL/min up to 260°C, 5 min hold의 조건으로 분석하였다. 질량분석기의 ion source 온도는 200°C로 사용하였으며, transfer line은 250°C, EM voltage은 70 eV를 사용하였다. Database는 NIST database (Wiley 9.1 v)를 이용하여 분석하였다.

통계 분석

통계 분석은 SAS 프로그램(Version 9.4, Enterprise Guide 7.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하였다. 공 시 재료의 발아율, 지방산도 등 분석 형질에 대한 평균을 기 술 통계법으로 구하였고, 평균간 비교는 PROC ANOVA로 분 산분석 후 유의성이 있을 경우 5% 유의수준에서 Ducan’s Multiple Range Test (DMRT)로 분석하였다.

결과 및 고찰

종자 수명 분석

벼의 건열저항성은 종자 수명과 고도의 유의한 상관관계를 갖아 종자 수명의 간접 지표로 활용될 수 있다(Lee et al., 2006, Na et al., 2014). 공시 재료의 건열 처리 후 발아세와 발아율은 처리시간이 증가할수록 감소하였다(Table 1). 36시간 처리 후 발아율은 다우담(68%), 전주624호(59%), 새누리 (55%), 남평(46%) 순으로 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 전주 624호가 LOX-3 보유 품종에 비해 발아율이 높았다. 종자의 발아율이 50%까지 저하되는데 소요되는 기간인 종자 수명 (P₅₀)은 다우담(60시간), 전주624호(49시간), 새누리(42시간), 남 평(32시간) 순으로 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 전주624호가 LOX-3 보유 품종에 비해 발아율 저하에 걸리는 시간이 길었 다. 고온 저장 후 발아율은 상온(25°C)과 저온(15°C) 검정 모 두 저장기간이 증가할수록 감소하였다(Table 2). 24주 저장 후 발아율은 상온검정에서 다우담(96%), 전주624호(93%), 남평 (88%), 새누리(83%) 순이며, 저온검정에서 다우담(74%), 전주 624호(62%), 남평(48%), 새누리(31%) 순으로 상온과 저온 검 정 모두 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 전주624호가 LOX-3 보유 품종에 비해 발아율이 높았다. 전주624호는 새누리 품종 배경의 LOX-3가 결핍된 근동질계통이다(Park et al., 2018). 근동질계통은 여교배방법을 이용하여 목표 형질 이외에 다른 유전적 배경은 반복친으로 회복된 계통으로 수여친에 존재하 는 열악 형질 수반 문제(linkage drag)를 극복할 수 있으며, 목표 유전자 이외의 유전 배경 간섭이 제거되었기 때문에 정 확한 유전자의 효과를 구명하는데 유용한 재료이다(Jena et al., 2017, Neeraja et al., 2007). 전주624호가 반복친인 새누 리보다 건열 처리 및 고온 저장 후 발아율 검정에서 모두 높 은 특성을 나타낸 것으로 볼 때, 새누리 배경에 LOX-3 결핍 대립유전자 도입은 저장 후 종자 수명을 향상시키는 방향으로 작용한 것으로 판단된다.

지방산가 함량 변화

벼 종실의 구성 성분 중 지질은 저장 중 변화가 가장 먼저 일어나며 산소와의 접촉에 의한 산화나 중성 지방의 가수분해 에 의해 유리 지방산을 생성하여 산가를 증가시킨다(Kwak et al., 2015). 따라서 지방산가는 저장 중 지질의 산패 정도, 유리 지방산 생성의 간접 지표로 이용된다(Takano 1993). 유리 지방 산 중 1,4-pentadiene 구조를 가지고 있는 불포화 지방산인 리 놀레산, 리놀렌산은 LOX 효소의 기질로 작용하여 저장 중 고 미취 발생의 원인이 된다(Suzuki et al., 1999). 지방산가를 이 용하여 LOX 효소의 기질 성분 함량을 간접적으로 측정하였다 . 고온 저장 후 지방산가 함량 변화를 보면 공시 재료 모두 저 장 전에 비해 저장 후에 지방산가가 증가하였다(Fig. 1). 지방 산가는 저장 전 다우담(12.8 KOH mg/100g), 남평(8.8 KOH mg/100g), 새누리(5.5 KOH mg/100g), 전주624호(4.6 KOH mg/100g) 순이었으며, 24주 저장 후 다우담(14.8 KOH mg/ 100g) 남평(12.8 KOH mg/100g), 새누리(9.7 KOH mg/ 100g), 전주624호(6.8 KOH mg/100g) 순이었다. 저장 전후 모두 LOX-3가 결핍된 다우담이 가장 높았고 전주624호가 가 장 낮았다. 이전의 연구결과에서 LOX-3 결핍 자원인 다우담 은 고온(35°C)과 저온(4°C) 저장 전후에 모두 LOX-3 보유 품종인 고시히까리와 고가네모치에 비해 지방산가가 높았다 (Suzuki et al., 1996). 또한 LOX-3를 보유한 새누리와 새누 리 배경에 LOX-3가 결핍된 전주624호가 다우담과 남평에 비 해 저장 전후에 지방산가가 낮은 것으로 볼 때 저장 전후에 지방산가 함량은 LOX-3 결핍 여부보다 품종의 유전적 배경 에 의해 결정되는 것으로 생각된다. 하지만 저장 전과 최종 저장 후 지방산가 함량 차이를 보면 LOX-3 결핍 자원인 다 우담과 전주624호가 각각 2.0, 2.2 KOH mg/100g인데 반해 LOX-3 보유 품종인 남평과 새누리는 각각 4.0, 4.2 KOH mg/100g로 LOX-3 결핍 자원이 LOX-3 보유 품종에 비해 적 게 생성되어, LOX-3 결핍 여부가 저장에 따른 유리 지방산 생성 증가에 미치는 영향에 대해서 추가적인 분석이 필요할 것으로 생각된다.

LOX 효소 활성 변화

LOX 효소 활성 측정에 이용된 방법은 1,4-pentadiene 구조 를 가지고 있는 불포화 지방산 중 조성 비율이 높은 리놀레산 을 효소의 기질로 하여 생성된 과산화물을 측정하는 방법이다 (Kim et al., 2008, Kwak et al., 2015). 고온 저장 후 LOX 효소 활성 변화를 보면 공시 재료 모두 저장 전에 비해 저장 후에 LOX 활성이 증가하였다(Fig. 2). LOX 효소 활성은 저장 전 전주624호(29.7 unit/mg protein), 새누리(25.7 unit/mg protein), 다우담(17.4 unit/mg protein), 남평(16.8 unit/mg protein) 순이었으며, 24주 저장 후 새누리(48.4 unit/mg protein), 전주 624호(38.6 unit/mg protein), 남평(37.1 unit/mg protein), 다우 담(22.2 unit/mg protein)순이었다. LOX-3가 결핍된 다우담은 저장 전후에 모두 LOX 효소 활성이 낮았다. 이에 반해 또다 른 LOX-3 결핍 자원인 전주624호는 저장 전 LOX 효소 활 성이 반복친인 새누리와 비슷하나 남평보다 높은 특성을 나타 냈고, 저장 후에 새누리에 비해서 낮으나 남평과 비슷한 특성 을 나타냈다. LOX-3가 벼 종실의 주요 LOX 동질효소이나 이외에도 LOX-1, LOX-2 등 다양한 동질 효소가 존재한다 (Ida et al., 1983, Umate 2011). 전주624호의 저장 전 LOX 효소 활성이 높은 것은 LOX-3 이외에 다른 동질 효소의 영 향에 의한 것으로 반복친인 새누리 품종의 유전적 배경에 기 인한 것으로 생각된다. 저장 전과 최종 저장 후 LOX 활성의 차이를 보면 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 전주624호가 각각 4.8, 8.9 unit/mg protein인데 반해 LOX-3 보유 품종인 남평 과 새누리는 각각 평균 20.30 unit/mg protein, 22.72 unit/ mg protein로 LOX-3 결핍 자원이 LOX-3 보유 품종에 비해 저장 후 LOX 효소 활성 변화가 낮았다. 또한 유전적 배경의 간섭 효과를 배제할 수 있는 근동질 계통 전주624호와 반복 친인 새누리와의 비교로 판단할 때 LOX-3 결핍 유전자의 도 입은 저장 후 LOX 활성을 줄일 수 있는 것으로 생각된다.

고미취 분석

LOX는 불포화 지방산의 과산화에 관여하여 최종적으로 고 미취와 관련된 알데하이드와 케톤과 같은 방향성 carbonyl 화 합물을 생성한다(Suzuki et al., 1999). 벼를 장기간 저장하게 되면 방향성 물질인 hexanal 함량이 증가하며 이는 이취(off flavor)와 같은 고미취를 발생과 밀접한 관련이 있다(Kwak et al., 2015, Suzuki et al., 1999). 따라서 지질 산화의 2차 대 사 물질인 hexanal은 벼 저장 후 지질 산패와 고미취 발생에 따른 쌀 품질 저하의 지표로 활용될 수 있다. LOX-3 결핍 대립 유전자 도입에 따른 저장 중 고미취 발생 저감 효과를 구명하기 위해서 공시 재료의 고온 저장 전과 최종 저장 후 hexanal 함량을 분석하였다(Fig. 3). 저장 전과 최종 저장 후 모두 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 전주624호가 LOX-3 보유 품종인 남평과 새누리에 비해 hexanal 함량의 절대 강도 (absolute intensity)가 낮았다. 또한 hexanal 함량의 절대 강도 차이를 보면 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 전주624호가 각각 1,839, 1,333 peak인데 반해 LOX-3 보유 품종인 남평과 새 누리는 각각 36427, 5238 peak로 LOX-3 결핍 자원이 LOX-3 보유 품종에 비해 저장 후 hexanal 함량 변화가 낮았 다. 이러한 결과는 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 CI-115가 LOX-3 보유 품종인 고시히까리와 고가네모찌보다 고온 저장 후 hexanal 함량의 증가가 적었다는 결과와 일치하였다(Suzuki et al., 1999). 따라서 새누리 배경에 LOX-3 결핍 근동질계통 인 전주624호는 새누리에 비해 고온 저장 후 고미취 발생이 적을 것으로 판단된다.

새누리 품종은 2007년에 육성되어 2013년부터 2017년까지 5년간 우리나라 재배면적 1위를 할 정도로 농업형질 특성이 우수한 품종이다(Kim et al., 2008). 전주624호는 새누리 유전 배경에 LOX-3가 결핍된 근동질계통으로 고온 저장 후 종자 수명 향상과 고미취 저감효과가 확인되었다. 이를 통해 LOX- 3 결핍 대립유전자의 도입은 저장 후 종자 수명 향상과 고미 취 저감에 효과가 있을 것으로 판단되었다. 전주624호는 공공 비축미와 같이 수확 후 장기 저장이 필요한 경우 종자 수명 연장과 고미취 발생 저감이 가능해 우리나라 벼의 저장 후 품 질향상 위한 자원으로 활용될 것으로 기대된다.

적 요

벼의 Lipoxygenase-3 (LOX-3)는 벼의 저장 후 종자 수명 과 고미취 발생에 관련이 있다. LOX-3 결핍은 저장 후 종자 수명 향상과 고미취 발생 저감에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 국내 대면적 재배 품종인 새누리의 근동질계 통으로 LOX-3가 결핍된 전주624호의 고온 저장 후 종자 수 명과 고미취 관련 특성을 분석함으로써 LOX-3 결핍 대립유 전자 도입에 따른 저장 후 효과를 구명하고자 수행되었다.

건열 처리 및 고온 저장 후 발아율 검정에서 LOX-3 결핍 자원인 다우담과 전주624호가 LOX-3 보유 품종인 남평과 새 누리에 비해 발아율이 높았다.

고온 저장 후 지방산가 함량은 저장 전후 모두 전주624호 가 가장 낮았고, 함량 차이는 다우담(2.0 KOH mg/100g), 전 주624호(2.2), 남평(4.0), 새누리(4.2) 순으로 LOX-3 결핍 자 원이 LOX-3 보유 품종에 비해 적었다.

고온 저장 후 LOX 효소 활성은 저장 전후 모두 다우담이 가장 낮았고, 활성 차이는 다우담(4.8 unit/mg protein), 전주 624호(8.9), 남평(20.30), 새누리(22.72) 순으로 LOX-3 결핍 자원이 LOX-3 보유 품종에 비해 적었다.

고온 저장 후 hexanal 함량은 저장 전후 모두 전주624호가 가장 낮았고, 함량 차이는 전주624호(1,333 peak), 다우담 (1,839), 새누리(5,238), 남평(36,427) 순으로 LOX-3 결핍 자 원이 LOX-3 보유 품종에 비해 적었다.

전주624호는 새누리 유전 배경에 LOX-3가 결핍된 근동질 계통으로 저장 후 종자 수명 향상과 고미취 저감효과가 확인 되었다. 이를 통해 LOX-3 결핍 대립유전자의 도입은 저장 후 종자 수명 향상과 고미취 저감에 효과가 있을 것으로 판단되 었다.

ACKNOWLEDGMENTS

본 논문은 농촌진흥청 연구사업(과제 번호: PJ01025503)의 지원으로 수행된 결과입니다.

Figure

Fig. 1.

Changes of fat acidity in brown rice according to storage period. NP: Nampyeong, DWD: Daw Dam, SNR: Saenuri, JJ624: Jeonju624.

Fig. 2.

Changes of lipoxygenase (LOX) activity in brown rice according to storage period. NP: Nampyeong, DWD: Daw Dam, SNR: Saenuri, JJ624: Jeonju624.

Fig. 3.

Changes of hexanal contents in brown rice according to storage period. (A) NP: Nampyeong, (B) DWD: Daw Dam, (C) SNR: Saenuri, (D) JJ624: Jeonju624.

Table

Table 1.

Germination energy and rate of the varieties and line by dry-heat treatment and estimation seed longevity by regression analysis.

Table 2.

Germination rate of the varieties and line at 25 and 15°C according to storage period.

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