감마선 조사에 대한 무 종자(Raphanus sativus L.)의 방사능 감수성에 대한 연구 :Studies on radio-sensitivity of gamma-ray irradiated seeds in Radish(Raphanus sativus L.)

홍소연

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자료유형: 학위논문

저자정보: 홍소연 (세종대학교, 세종대학교 대학원)

지도교수: 박한용

발행연도: 2018

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

감마선 조사에 대한 무 종자(Raphanus sativus L.)의 방사능 감수성에 대한 연구

홍소연 바이오융합공학 2018.01 학위논문

2017

감마선 조사선량에 따른 십자화과 작물의 발아율, 초기생장 및 생존률의 변화 비교

홍소연 , 이온유 , 조영득 외 1명 한국원예학회 학술발표요지 2017.10 학술대회자료

감마선 조사가 무(Raphanus sativus L.) 의 종자발아율 및 생육 초기 표현형에 미치는 영향

홍소연 , 이온유 , 조영득 외 5명 한국원예학회 학술발표요지 2017.05 학술대회자료

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국제원자력기구(IAEA)의 보고에 따르면 전 세계 68개국 22개 작물에서 3248개의 품종이 방사능 돌연변이로 육종되어 등록되어 있다. 배추과 (Brassicaceae)의 세 작물 무, 배추, 양배추를 방사능 돌연변이 육종에 활용하기 위하여 한국원자력 연구소의 60Co선원을 이용하여 네 종류의 종자에 24시간동안 0~2400Gy의 γ-선을 급조사하였다. 실험의 재료로는 무 ‘07-FP322’ (이하Radish A)및 ‘청피홍심-51-1-52-1-51-51’(이하 Radish B)이상 2계통, 배추 ‘청산봄(신농씨앗)’ (이하 Kimchi cabbage), 양배추 ‘스마트(조은종묘)’ (이하 Cabbage), 실험의 대조군으로 고추 ‘SJ 7477’를 공시하였다. γ-선 조사한 각 작물의 종자를 105공 트레이에 파종한 후 자연광온실에서 재배관리 하였다. 파종 후 7일차의 발아율은 무, 배추, 양배추 모두 2400Gy까지 70%이상 발아하였으나, 감마선 조사선량이 증가함에 따라 배추를 제외한 배추과 작물은 모두 감소하는 양상을 보였다. 실험의 대조군인 고추의 경우 500Gy이상에서 발아가 되지 않았다.
감마선 조사에 따른 DNA의 손상 정도를 알아보기 위하여, 무 2계통(Radish A and Radish B)에 대하여 파종 후 7일차 개체에서, comet assay 를 수행 한 결과 Radish A와 Radish B 두 계통 모두 300Gy 이상에서 유의적으로 Head DNA 함량이 감소하고, Tail DNA의 길이도 300Gy 이상에서 두 계통 모두 유의적으로 증가하였다. 또한, 감마선 조사가 식물체의 지질 산화에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 무 2계통에 대하여 MDA(malondealdehyde)를 측정하는 TBARS assay를 실시하였다. 파종 후 7일차 개체에 대하여 TBARS assay 결과 Radish A는 대조군(0Gy)과 비교하여 500Gy이상에서 95% 유의적으로 MDA함량이 증가하였고, Radish B는 100Gy에서 99%유의적으로 MDA함량이 감소하였고, 600Gy이상에서 99% 유의적으로 증가하였다. 각 무에서 배축의 길이, 코멧 분석 결과, TBARS assay결과간의 상관관계를 Pearson 분석으로 분석한 결과, 각 조사 선량에서 결과들간에 높은 상관성이 확인되었다. 또한 두 계통의 무 사이의 상관관계를 분석한 결과 1000Gy의 모든 실험결과가 유의적인 차이를 나타내었다. 1차 γ-선 조사 개체의 두 계통 무에서 웅성불임 형질이 관찰되었다. 우수 형질 개체의 선발 및 형질 고정을 통하여 유효 육종 소재로 활용 가능할 것으로 기대된다. 28일차 생존율을 기반으로 추정한 LD50값을 기준으로 적정 선량을 추론한 결과, Radish A는 250-300Gy, Radish B는 900-1000Gy, Kimchi Cabbage는 1000-1500Gy, Cabbage 는 800-900Gy에서 가장 돌연변이 유기 효율이 좋을 것으로 예상된다. 두 계통의 무의 방사능 감수성 차이는 항산화능의 차이로부터 기인한 것으로 예상된다. 본 논문의 결과는 배추과 방사능 육종의 기초데이터로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

According to the report of the IAEA (International Atomic Energy Agency), 3248 varieties from 22crops in 68contries were made as a mutant breed. In order to utilize the three kinds of Brassicaceae family crops to the mutant breeding, four different kinds of seeds were irradiated with 0~2400Gy gamma-ray for 24hours using a 60Co source from Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI). Those seeds are two lines of radish ‘07-FP322 (Radish A)’, ‘Chungpihongsim (Radish B)’, ‘Chungsanbom (Kimchi cabbage)’ from sinnong seed, cabbage ‘Smart(Cabbage)’ from joen seedling and using the pepper ‘SJ7477’ as a control group. The gamma-ray irradiated seeds were sown on a 105-well trays and cultivated in a natural light greenhouse. As the increasing of gamma-ray irradiation dose, 7 days after sowing, over 70% of the Brassicaceae seeds sprouted until 2400Gy. The germination rate showed decreasing in Radish A, Radish B and Cabbage but not in Kimchi Cabbage. The control group, germination rate of pepper was 0% at 500Gy. 14days after sowing, hypocotyl length of Brassicaceae seeds was decreased significantly. 28days after sowing, survival rate was also decreased significantly. To measure how much DNA damaged from the gamma-ray irradiation, comet assay was performed on Radish A and Radish B. As a result, on the seedling at 7 days after sowing, in both Radish A and Radish B lines, Head DNA intensity was decreased significantly and Tail DNA length was increased significantly above 300Gy. Also, In order to investigate the effect of gamma irradiation on the lipid peroxidation of radish, TBARS assay, which measures MDA(Malondealdehyde) concentration, was performed on Radish A and Radish B. As a result of TBARS assay on the seedling at 7days after sowing, Radish A was significantly decrease above 500Gy. Radish B was significantly increase at 100Gy and decreased above 600Gy. It was confirmed that there was high correlation between the result of each irradiation dose when we checked the length of hypocotyls, the results of comet assay and TBARS assay analyzing by Pearson analysis. As a result of analysis of the correlation between two lines of radish, all experimental results of 1000Gy showed significant difference. Male sterile were observed in two lines of primary gamma-ray irradiated radish individuals. It is expected that it can be used as an effective breeding material through selection and characterization. Based on the LD50 value estimated based on the 28 day survival rate, the optimal dose was deduced from the results. It would bring the highest mutagenic efficiency; 250-300 Gy for Radish A, 900-1000 Gy for Radish B, 1000-1500 Gy for Kimchi cabbage and 800-900 Gy for Cabbage. It seemed that the reason for the difference in radio-sensitivity between two lines of radish is because of the difference in antioxidant ability. We expect this results to be used as basic data for Brassicaceae crops gamma ray mutation breeding.

#무(Raphanus sativus L.) #방사능 돌연변이 육종

Ⅰ. 서 언 1
1. 배추과(Brassicaceae) 1
1.1 배추과 작물 1
1.2 무(Raphanus sativus L.) 2
2. 방사능 돌연변이 육종 3
2.1 돌연변이 육종 3
2.2 전리방사선(Ionizing radiation) 5
2.3 방사능의 돌연변이 육종 이용사례 8
3. 코멧 분석 (Comet assay) 9
3.1 코멧 분석의 원리 9
3.2 코멧 분석의 이용 10
4. MDA 분석 (Malondeadehyde analysis) 12
4.1 MDA분석의 원리 12
4.2 MDA분석의 이용 13
Ⅱ. 실험 재료 및 방법 14
1. 공시 재료 14
2. 감마선 조사 16
3. 생육 환경 19
4. 초기 생육 조사 23
5. 코멧 분석 (Comet assay) 25
6. MDA분석(Malondeadehyde analysis, TBARS assay) 27
7. 통계 처리 29
Ⅲ. 결 과 30
1. 감마선 조사에 대한 배추과 종자의 발아율 변화 30
2. 감마선 조사에 대한 무의 초기 생육차이 32
3. 감마선 조사에 대한 배추과 작물의 생존율 38
4. 코멧 분석 (Comet assay) 41
5. MDA 함량 (malondealdehyde concentration) 46
6. 배축의 길이, 코멧 분석, MDA 분석 간의 상관관계 49
7. 무의 두 계통간 방사능 감수성 차이 분석 52
8. 감마선 1차조사 개체에서의 웅성불임 관찰 및 선발 54
Ⅳ. 고 찰 56
1. 감마선 조사가 발아율 및 생장의 변화에 미치는 영향 56
2. 방사능 돌연변이육종 활용을 위한 감마선 적정선량의 추정 57
3. 감마선 조사에 따른 MDA함량의 변화 58
4. 상관관계 분석 59
5. 유효육종형질의 선발 및 활용 60
Ⅴ. 참고 문헌 61
Abstract 72

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