벼 줄무늬잎마름병은 애멸구에 의해 감염되며 우리나라, 일본, 중국 등 동아시아 지역에서 벼에 가장 많은 피해를 야기하는 바이러스 병 이다. 벼 줄무늬잎마름병 저항성 유전자는 6번 염색체에 위치하는 Stv-a 유전자와 11번 염색체에 위치하는 Stv-b 유전자의 복대립 유전자인 Stv-bi 등이 알려져 있다. 본 병에 대한 저항성 품종 개발을 위해 한국과 일본에서는 인디카형벼 품종 ‘Modan’이 보유하고 있는 Stv-bi 를 자포니카형 벼에 도입하여 이용 하고 있으며, 국내 및 일본에 재배되고 있는 품종 대부분 벼줄무늬잎마름병 저항성 유전자인 Stv-bi 를 가지고 있으며, 미국자포니카 품종인 ‘Zenith’와 일본 육도 품종인 ‘Kuroka’는 Stv-a 및 Stv-b 를 보유하고 있다.
본 연구에서는 유전자원을 탐색하여 Modan 유래된 11번 염색체에 있는 Stv-bi 유전자를 보유하고 있는 벼줄무늬잎마름병 유전자원의 다양화와 Stv-bi 이외의 새로운 줄무늬 잎마름병 저항성 유전자원을 탐색하기 위하여 국내외 도입 유전자원 157 품종을 사용하여 기존에 알려진 Stv-bi 유전자 영역을 분자마커를 이용하여 유전자형 분석을 통한 저항성 품종 선발과 새로운 유전자의 탐색을 목적으로 수행하였다.
국내외 도입 유전자원 157품종을 대상으로 생물검정 및 NTsis pc 2.0 프로그램에 의한 유전자원의 군집분석 결과 Qualitative data 유클리디안 거리 0.43에서 크게 저항성과 감수성으로 분류되었다. 이는 또한 InDel 7에 의한 유전자형 구분결과와 유사하게 나타났으며, Zenith와 6개품종 (2428, Daw dam, Erguailai, Padi Adong dumarant, PERVOMAJSZKIJ, Tung Ting Wan Hien1)은 생물검정에서 저항성을 나타낸 반면 유전자원에 대한 군집분석 결과 이들은 감수성 그룹에 속해 있었다. (Fig. 1)(Table 2). 또한 Stv-bi와 연관된 InDel 7 (Kwon et al., 2012)에 의한 유전자형 구분결과 Zenith와 6개품종 (2428, Daw dam, Erguailai, Padi Adong dumarant, PERVOMAJSZKIJ, Tung Ting Wan Hien1)은 InDel 7 marker로는 유전형 구분이 불가능 한 것으로 나타났다. 따라서 이들 Zenith와 6품종은 11번 염색체에 존재하는 Stv-bi 유전자가 아닌 다른 저항성 유전자의 가능성이 높은 것으로 추정되었으며, 이중 Stv-b와 Stv-a의 보유가 보고된 미국 자포니카 품종 Zenith의 저항성 형질을 벼줄무늬잎마름병에 감수성인 자포니카 품종 일품에 도입하여 일품/Zenith 단일 교배집단의 12개의 염색체에 대한 벼줄무늬잎마름병 저항성 영역 탐색을 수행 하였다. QTL 분석 결과 11번 염색체에서 RM1355에서 RM6680사이에서 LOD 9.7에서 전체 표현형 변이율 28.0%를 설명해 주는 QTL이 발견되었으며 (Fig 8), 정밀유전자 지도 작성결과 Sid2~Indel8 사이 (520 Kb)로 좁힐 수 있었다. 후보유전자중 저항성유전자로 보고된 OsSOT1 유전자와 감수성인 일품과 Zenith를 포함한 8개 품종을 가지고 염기서열을 비교 분석한 결과 감수성인 일품과 저항성인 Daw dam과 Erguailai 품종은 Wu et al., (2014)의 결과와 동일하였지만 생물검정 에서 저항성인 Zenith를 포함한 5종과 신광의 경우 염기서열분석에서 감수성 인 일품 type로 나타났다. 따라서 qSTV11KAS의 후보유전자 OsSOT1은 Stv-b가 아님을 확인하였다. 기존에 보고된 3종류의 후보유전자 (LOC_Os11g31430, LOC_Os11g31450, LOC_Os11g31470)를 사용하여 염기서열을 분석한 결과 LOC_Os11g31430과 LOC_Os11g31470에서 일품과 Zenith에서 동일한 발현을 나타났으며, 일품×Zenith F1에서는 발현양이 감소하였다. LOC_Os11g31450에서는 신광과 Zenith 에서 발현하지 않고 일품×Zenith F1에서는 발현양이 감소하였다. 또한 발현 분석 결과를 바탕으로 3종류의 후보유전자를 이용하여 5개의 품종 (Nipponbare, 일품, 신광, YR24982-9-1 그리고 Zenith) 에 대한 염기서열 분석을 수행 하였다. 그 결과 LOC_Os11g31430에서 한부분의 SNP차이를 확인 하였지만 아미노산에서는 일품과 Zenith가 동일하였다 (Fig 14 (A,D)). LOC_Os11g31470에서는 일품과 Zenith의 염기서열이 동일하였으며 (Fig 14 (C,F)), 줄무늬 잎마름병 저항성 유전자일 가능성이 높은 LOC_Os11g31450에서는 감수성과 저항성이 구분되는 하나의 SNP차이를 확인 하였으며, 아미노산에서도 동일한 저항성과 감수성의 차이를 확인 할 수 있었다. 그리고 Zenith에서 특이적으로 세부분에서 SNP차이를 확인 하였으며, 아미노산에서도 동일한 차이를 확인하였다 (Fig 14 (B,E)). Kwon et al., (2012)가 개발한 Indel7 marker에 의한 저항성 검정 결과 Daw dam, 02428, Erguailai, Padi Adongdumarat, PERVOMAJSZKIJ 등의 자포니카형 5종과 인디카형 벼 Tung Ting Wan Hien 1 등 총 6품종은 InDel 7 marker에 의한 유전형 분석결과 각각의 논문과 동일한 결과를 얻었으나 새롭게 선발된 6개의 Sid markers를 사용하여 유전형을 분석한결과 (Fig 15.) Stv-b의 보유 가능성 높은 품종으로는 Padi Adongdumarant 이었다. 02428, PERVOMAJSZKIJ, Tung Ting Wan Hien 1 품종은 염색체 11번에 위치하는 Stv-b, Stv-bi와는 다른 저항성 이거나 다른 염색체 상에 존재 가능성이 있으며, Daw dam 과 Erguailai 품종은 OsSOT1 관련 저항성일 가능성 (Fig 15)을 보이고 있어 벼줄무늬잎마름병 저항성유전자의 다양화를 위해 계속 연구 되어야 할 것으로 사료 된다.