The Korean Journal of Crop Science. September 2018. 175-185
https://doi.org/10.7740/kjcs.2018.63.3.175


ABSTRACT


MAIN

  • 서론

  • 재료 및 방법

  • 결과 및 고찰

  •   생육 및 품질특성 변이

  • 주성분 분석

  • 군집 분석

  • 적요

서론

최근 식생활 변화와 1인 가구 증가 등에 따라 쌀 소비가 급격히 감소하고 있는 추세다. 하지만, 한편으로는 웰빙 등 건강에 대한 관심 증가에 따라 쌀의 기능성이 중요시 되면서, 유색미를 포함한 기능성 쌀에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 유색미는 Cyanidin-3-glucoside, Malvidin-3- galactoside 등의 안토시안을 함유하고 있고, 현미 종피층에 옅은 갈색에서 적갈색, 짙은적색, 자색 등의 색소가 포함된 쌀로서, 안토시아닌 중에서 Cyanidin-3-glucoside (C3G)가 가장 많이 존재하는 것으로 알려져 있다(Reddy et al., 1994; Ryu et al., 1998; Ryu, 2013; Ryu, 2014). 최근에 농촌진흥청(국립식량과학원)은 흑미계통인 ‘밀양152호’에 유리당 함량이 높은 유전자원 ‘sugary’를 이용해 ‘건강홍미’(Song et al., 2017) 품종을 육성하였고, 한국방송통신대학교는 흑진주벼와 수원425호의 후대계통인 C3GHi 벼와 대립벼1호를 교배해 고기능성 조생종 품종인 빠른슈퍼자미(Ryu, 2016)를 개발했다.

작물의 육종에서는 육종소재로 활용되는 품종, 육성계통 등 유전자원의 유용형질 활용이 주목적이며, 이들 유전자원의 유연관계 분석을 통해 자원을 분류하는 것은 품종육성에 매우 중요하다.

농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터에는 국외에서 도입한 유색미 유전자원이 178점(2016년 12월 31일 기준)이 보관되어 있으며, 품종육성, 성분분석 등에 다양하게 활용되고 있다. 품종과 유전자원에 대한 유전적 다양성(군집분석 포함) 분석은 다변량 분석(Park et al., 2014), 생화학적 동위효소(Han et al., 1999) 및 DNA 마커 등이 많이 이용되고 있고(Ghosh et al., 2014; Kim et al., 2006), 그 중 다변량 분석은 다양한 여려 형질들이 관여하는 정도가 고려되는 까닭에 품종, 유전자원의 평가 및 작물육종 등 여러 연구분야에 걸쳐 다양하게 이용되고 있고(Nielsen & Munchk, 2003; Ennis et al., 1982), 작물 중에서는 옥수수(Park et al., 2014; Choi, 2010), 딸기(Kim et al., 2009) 및 벼(Kim et al., 2016; Kwak & Yeo, 2004) 등에 대한 연구가 보고된 바 있다. 본 연구에서는 국외 도입 유색미 유전자원의 생육특성 및 품질 관련 특성을 조사하고 그 결과를 바탕으로 다변량 분석을 통해 자원군을 구분하고자 하였다.

재료 및 방법

시험에 활용된 유색미 178 유전자원은 육성계통이 45자원, 품종이 44자원, 잡초형이 16자원, 재래종이 73자원이 이용되었으며, 대륙별(국가별)로는 아프리카 3자원, 아메리카 2자원, 아시아 150자원, 유럽 5자원, 원산지 미상이 18자원이었다. 유색미 유전자원의 종피색은 암자색(흑색) 5자원, 짙은 갈색 94자원, 자색 25자원, 적색 45자원, 얼룩진 갈색 4자원 및 얼룩진 자색 5자원이었다(Table 1). 시험에 활용된 유전자원은 농촌진흥청 농업유전자원센터로부터 분양받았으며, 경남 밀양에 위치한 국립식량과학원 남부작물부 시험포장에서 2015년 5월 13일에 파종하였으며, 이앙은 6월 3일에 주당 1본씩 30×15 ㎝ 간격으로 실시하였다. 시비량은 질소(N2O)-인산(P2O5)-칼리(K2O)를 10a당 성분량으로 9.0-4.5-5.7 kg를 시용하였으며, 기타 물 관리나 병해충 방제는 농촌진흥청 표준재배법에 준하였다. 생육 및 수량구성요소에 해당하는 형질의 조사는 농업유전자원자원센터의 벼 특성평가 기준(RDA, 2006)에 준하였고, 쌀의 단백질 및 아밀로스함량은 농촌진흥청 표준조사방법(RDA, 2003)에 따라 단백질은 Micro Kjeldahl법(Nx5.95), 아밀로스 함량은 Juliano (1985)의 비색정량법(발색온도 30℃)에 따라 전분 호화액을 요오드 정색반응 후 620 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. 통계프로그램 R (V.3.4.4)를 이용하여 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)을 수행했고, Average Linkage Cluster 방법으로 군집분석을 수행하였다.

Table 1. Detailed information of the 178 colored rice accessions (from foreign countries) analyzed in this study.

IT No.Accession NameTypeOriginSeed coat Color
ContinentCountry
102003Bhurarata 4-10Breeding lineAsiaChinaRed
102318TNAU658Breeding lineAsiaChinaRed
113940Kwei 70225Breeding lineAsiaChinaDark brown
114206IRRI-IRGC-1441Breeding lineAsiaChinaRed
114244IRRI-IRGC-1479Breeding lineAsiaChinaDark brown
11434596-50-1Breeding lineAsiaChinaDark brown
11435097-51-2Breeding lineAsiaChinaDark brown
11435197-39-1Breeding lineAsiaChinaDark brown
11435297-35-2Breeding lineAsiaChinaDark brown
11435397-32-2Breeding lineAsiaChinaDark brown
11435698-50-1Breeding lineAsiaChinaDark brown
192012Shanghai xiang xue nuoBreeding lineAsiaChinaPurple
217781NB-182Breeding lineAsiaChinaPurple
217812Long jin 1Breeding lineAsiaChinaPurple
218973039-049Breeding lineAsiaChinaRed
218974Zi xiang nuo 861Breeding lineAsiaChinaPurple
276199LK1D-2-12-1Breeding lineAsiaChinaStained dark purple
277450Ji hei jingBreeding lineAsiaChinaStained dark purple
277478W-14Breeding lineAsiaChinaDark brown
157IRRI21060Breeding lineAsiaIndiaDark brown
442IRRI26909Breeding lineAsiaIndiaRed
718CHINSURAH BORO 2Breeding lineAsiaIndiaDark brown
3024MNP248Breeding lineAsiaIndiaRed
264228Seohaekwan246Breeding lineAsiaJapanStained dark brown
3416PI208449Breeding lineAsiaNepalDark brown
3417PI208449Breeding lineAsiaNepalRed
1066DE78Breeding lineAsiaPakistanRed
1098IRRI8504Breeding lineAsiaPakistanRed
1101IRRI8576Breeding lineAsiaPakistanDark brown
1103IRRI8593Breeding lineAsiaPakistanRed
427BPI76-1Breeding lineAsiaPhilippinesRed
112372IR10175-13-1-2Breeding lineAsiaPhilippinesDark brown
112386IR20896-B-6Breeding lineAsiaPhilippinesRed
112387IR20897-B-70Breeding lineAsiaPhilippinesDark brown
361BJ1Breeding lineAsiaThailandDark brown
7733Woe Gue 1Breeding lineAsiaTaiwanRed
2391KAEU N 651Breeding lineEuropeRussiaRed
2399KAEU N 5846Breeding lineEuropeRussiaDark brown
3859SC-45Breeding lineUnknownUnknownDark brown
9776C 203-1Breeding lineUnknownUnknownRed
112327ARC14304Breeding lineUnknownUnknownDark brown
112354DHALIBORO 476Breeding lineUnknownUnknownDark brown
112515TOS12697Breeding lineUnknownUnknownRed
218986SUNG PAN TAOBreeding lineUnknownUnknownDark brown
220079LKA-3-6-12-1-1Breeding lineUnknownUnknownPurple
113891TUNG AN CHUNGLandraceAsiaChinaRed
113893HEI CHIAO CHUI LI HSIANG KENGLandraceAsiaChinaDark brown
113903HEI PENLandraceAsiaChinaDark brown
113905LU YU 132LandraceAsiaChinaDark brown
113946TWAN TSI CLandraceAsiaChinaDark brown
113947PU SAN 1LandraceAsiaChinaDark brown
113948HSIN CHOW TSAO SHENGLandraceAsiaChinaDark brown
113999HWANG MULandraceAsiaChinaDark brown
114003TI HO HUNGLandraceAsiaChinaDark brown
114005HUI LEILandraceAsiaChinaDark brown
114013LU WAN HSIENLandraceAsiaChinaRed
114015PI 160637LandraceAsiaChinaRed
114017PI 160639LandraceAsiaChinaDark brown
114018PI 160640LandraceAsiaChinaDark brown
114126P 168LandraceAsiaChinaDark brown
114127P 171LandraceAsiaChinaDark brown
114133P 155LandraceAsiaChinaDark brown
114205HWANG MIAO CHANLandraceAsiaChinaDark brown
114211TSU TA LILandraceAsiaChinaRed
114251CHENG CHANGLandraceAsiaChinaRed
114254WC 550LandraceAsiaChinaDark brown
114271Tsi Chiol TsaLandraceAsiaChinaDark brown
114281HUNG HSIEN JULandraceAsiaChinaPurple
114292KENG CHI JULandraceAsiaChinaDark brown
114299PI 161006LandraceAsiaChinaDark brown
114304PA JULandraceAsiaChinaDark brown
114326MEI SHAN HEI KULandraceAsiaChinaPurple
114332SUNG PAN TAOLandraceAsiaChinaDark brown
114374Hung Hsien JuLandraceAsiaChinaPurple
114375Hung Hsien JuLandraceAsiaChinaPurple
264802Shang nong hei nuo 92LandraceAsiaChinaPurple
266260Yunnan Landrace 6LandraceAsiaChinaDark brown
273563S CHERNYMI OSTYAMILandraceAsiaChinaDark brown
10126SigadagabaLandraceAsiaIndonesiaDark brown
8671JungsukhwanadoLandraceAsiaJapanRed
274175WIR1775LandraceAsiaKazakhstanDark brown
228201KazimLandraceAsiaKyrgyzstanDark brown
228202AkurukLandraceAsiaKyrgyzstanDark brown
228203MargoLandraceAsiaKyrgyzstanDark brown
241902Real KazimLandraceAsiaKyrgyzstanDark brown
268297Phnom Penh Westnorth Landrace 54LandraceAsiaCambodiaRed
2346JUMLA LOCAL 1LandraceAsiaNepalDark brown
2351JUMLA LOCAL 8LandraceAsiaNepalDark brown
200446AnggaLandraceAsiaNepalDark brown
275020K 271-4LandraceAsiaPhilippinesRed
276544K 11137-13LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284186K 11340-102LandraceAsiaPhilippinesRed
284193K 7800-536LandraceAsiaPhilippinesPurple
284195K 11292-203LandraceAsiaPhilippinesStained dark purple
284196K 11337-99LandraceAsiaPhilippinesBlack
284197K 11318-79LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284199K 11040-120LandraceAsiaPhilippinesPurple
284201K 6333-227LandraceAsiaPhilippinesRed
284203K 7400-372LandraceAsiaPhilippinesPurple
284207K 5978-127LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284212K 6607-665LandraceAsiaPhilippinesPurple
284214K 5976-126LandraceAsiaPhilippinesRed
284216K 11243-321LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284217K 11136-11LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284218K 11134-7LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284220K 11247-325LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284226K 11339-101LandraceAsiaPhilippinesRed
284227K 11307-65LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284230K 7800B-534LandraceAsiaPhilippinesBlack
284232K 11125-169LandraceAsiaPhilippinesRed
284236K 11323-84LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284240K 11354-117LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284241K 11329-90LandraceAsiaPhilippinesDark brown
284244K 11133-6LandraceAsiaPhilippinesDark brown
235706UZB-GJG-2004-38LandraceAsiaUzbekistanDark brown
235707UZB-GJG-2004-41LandraceAsiaUzbekistanDark brown
235744DevzraLandraceAsiaUzbekistanDark brown
273565ShestrestLandraceEuropeAzerbaijanDark brown
1581HEI-CHIAO-CHUI-LI HSING KENGVarietyAsiaChinaDark brown
1742HUNG-TSANVarietyAsiaChinaPurple
3160N-GAN-TSANVarietyAsiaChinaPurple
117885XIAO HONG GUVarietyAsiaChinaRed
204465Beijing 3VarietyAsiaChinaPurple
220078Shanghai xiang xue nuoVarietyAsiaChinaPurple
242048260516VarietyAsiaChinaPurple
264942Jilin Coll. #8VarietyAsiaChinaPurple
264944Jilin Coll. #5VarietyAsiaChinaBlack
264945Unknown var. China #2VarietyAsiaChinaBlack
274397DonghanguVarietyAsiaChinaDark brown
277412Hong miVarietyAsiaChinaRed
3969SiharboeiVarietyAsiaIndonesiaRed
120ANNAPURNAVarietyAsiaIndiaRed
1158DULARVarietyAsiaIndiaDark brown
3984SITASAILVarietyAsiaIndiaRed
268236syakiVarietyAsiaIndiaDark brown
8643Nakate ShinsenbonVarietyAsiaJapanDark brown
217337Kitano MurasakiVarietyAsiaJapanPurple
275327TokachikuromomiVarietyAsiaJapanRed
275336A-107VarietyAsiaJapanRed
3330Pachchai PerumalVarietyAsiaSrilankaDark brown
268187PODI NIYAN WEEVarietyAsiaSrilankaDark brown
1082DHARIALVarietyAsiaPakistanDark brown
2969MarichbutiVarietyAsiaPakistanDark brown
268192SADA SOLAYVarietyAsiaPakistanDark brown
214850IRAT 10VarietyAfricaGhanaRed
267922BOSSAVarietyAfricaGuineaRed
274111PRETO REGADO 142VarietyAfricaMoroccoDark brown
3465PRATAOVarietyAmericaBrazilDark brown
4568WHARIALVarietyAmericaUnited States of AmericaDark brown
275564Uzros 770VarietyEuropeRussiaDark brown
275565Vil'KidziriVarietyEuropeRussiaDark brown
346BINEGAITVarietyUnknownUnknownStained dark brown
1299FARAM BAGODEVarietyUnknownUnknownRed
1309FON-CHAN-THONVarietyUnknownUnknownDark brown
3783SAKITAVarietyUnknownUnknownDark brown
3977SINAPONVarietyUnknownUnknownRed
9621ANNAPOORNAVarietyUnknownUnknownRed
9972PanbiraVarietyUnknownUnknownStained dark brown
112456MACHEVarietyUnknownUnknownDark brown
220081Ac-1423VarietyUnknownUnknownPurple
220082SanghyaehanghyulnaVarietyUnknownUnknownRed
220088YamautakaVarietyUnknownUnknownRed
259969YW1411Weedy typeAsiaButanDark brown
251164Keng Chi JuWeedy typeAsiaChinaRed
260077Ai xue nuoWeedy typeAsiaChinaPurple
260078Hei mi nuoWeedy typeAsiaChinaPurple
283515WanziWeedy typeAsiaChinaBlack
268220Tinggu LokoWeedy typeAsiaIndonesiaStained dark purple
259938Chinsurah2Weedy typeAsiaIndiaDark brown
259939BankuralWeedy typeAsiaIndiaDark brown
259941Abor Red BWeedy typeAsiaIndiaDark brown
259942BhaduiWeedy typeAsiaIndiaDark brown
260591Laos red rice19Weedy typeAsiaLaosStained dark brown
251130Padi AdongdumaratWeedy typeAsiaMalaysiaStained dark purple
259944BageriWeedy typeAsiaNepalDark brown
259950MarshiWeedy typeAsiaNepalDark brown
251131Tak SufaidWeedy typeAsiaPakistanRed
259958BaliatinaoWeedy typeAsiaPhilippinesPurple

결과 및 고찰

생육 및 품질특성 변이

178개의 도입 유색미 유전자원에 대한 생육형질 및 품질특성의 최소, 최대, 평균, 표준편차 및 변이계수는 Table 2와 같다. 생육형질인 간장은 57.3 (IT 277450)~161.6 cm (IT 114353)의 범위로 평균 106.7 cm이었고, 이삭길이는 14.9 (IT 277412)~32.5 cm (IT 2346)범위로 평균 24.5 cm이었다. Kim et al. (2016)은 국내 육성 벼 243개 품종의 숙기에 따른 간장 길이 평균이 조생종은 76.86 cm, 중생종은 78.20 cm, 만생종은 74.32 cm라 하였고, 이삭길이는 조생종이 평균 21.57 cm, 중생중이 20.02 cm, 만생종이 18.92 cm라고 보고한 결과를 비추어 볼 때 도입 유색미 유전자원 178자원의 평균 간장과 이삭길이가 국내 육성 벼 품종에 비해 긴 것으로 나타났다. 이는 간장길이가 100 cm이상인 자원이 전체 자원 중 61% (108자원)를 차지하고, 이들 자원 중 재래종이 48자원, 육성계통이 27자원, 잡초형이 7자원이었으며, 이삭길이는 27 cm이상인 자원이 전체 자원 중 20% (36자원)를 차지했고, 이들 자원 중 재래종이 18자원, 육성계통이 8자원, 육성품종이 9자원인 점을 고려할 때, 육종 소재로 활용되는 재래종과 육성계통 도입 유색미 유전자원의 긴 간장과 이삭길이 특성이 결과에 영향을 많이 준 것으로 보여진다. 주당수수는 평균 7.9개이었고, 범위는 3.0 (IT 112515, 276199)~14.7개(IT 102003)이었으며, 천립중의 평균은 22.5 g이었고, 범위는 13.3 (IT 112327)~35.9 g (IT 346)이었다. 이들 두 수량구성요소 형질도 범위가 넓은 것은 간장과 이삭길이 형질과 마찬가지로 유전적 다양성이 큰 재래종과 육성계통 및 잡초형 도입 유색미 유전자원의 특성에 따른 결과로 보여진다. 생태형을 판단할 수 있는 립(立)장폭비 평균은 2.2배였으며, 범위는 1.5 (IT 277412)~3.2배(IT 251130, 260078, 284199)였다. 아울러, 미질 특성을 나타내는 아밀로스와 단백질 성분에 있어서 아밀로스 함량 평균은 20.7%이었고, 단백질 함량 평균은 7.4%이었으며, 범위는 각각 3.8 (IT 217781)~26.9% (IT 4568, 268236), 5.0 (IT 284216)~ 9.4% (IT 204465, 273565, 284186)이었다. Kwak (2011)은 국내 육성연대별 주요 벼 품종의 단백질 함량은 1970년대 이전이 8.0%, 1980~1999년까지는 7.8%, 2000년 이후는 6.3%였으며, 아밀로스 함량은 1970년대 이전이 18.9%, 1980~1999년까지는 19.2%, 2000년 이후는 19.0%라고 보고한 바 있다. 변이계수는 이삭길이, 단백질 함량이 가장 높았고, 장폭비, 천립중, 간장, 아밀로스 함량 순으로 높았고, 수량구성요소인 주당수수가 가장 낮았다(Table 2). Malik (2011)에 따르면 변이계수가 높은 형질들이 자원의 다양성 평가 및 분류에 유용한 지표형질이 될 것이라는 점에서 이삭길이와 단백질 함량은 도입 유색미 유전자원의 형질 평가에 유용할 것으로 보여진다.

Table 2. Minimum, maximum, mean, standard deviation (SD) and coefficient of variation (CV) of observed traits in 178 colored rice accessions.

StatisticsCL (cm)PL (cm)NP (no.) 1000-grain Wt (g)LWRAmylose content (%)Protein content (%)
MIN57.314.9313.31.53.85
MAX161.632.514.735.93.226.99.4
Mean106.7 24.5 7.9 22.5 2.2 20.7 7.4
SD25.6 3.1 2.4 3.4 0.3 5.9 1.0
CV (%)4.2 7.9 3.2 6.6 7.3 3.5 7.5
*CL: culm length; PL: panicle length; NP: number of panicles per hill; TGW: 1000-grains weight; LWR: length-width ratio

주성분 분석

고유값과 각 주성분의 기여도(누적기여도 포함)는 Table 3과 같다. 제1주성분은 전체 변이의 29.49%를, 제2주성분은 18.75%, 제3주성분은 17.36%, 제4주성분은14.38%를 각각 차지하고 있었으며 4주성분까지의 누적기여율은 79.9%로 나타났다.일반적으로 고유값이 1 이상이 되도록 주성분의 수를 결정(Janmohammadi et al., 2014)하고, 이들 주성분만을 선택하여 군집분류를 함에 따라, 본 연구에서는 분류된 4개 주성분의 고유값이 모두 1 이상인 것으로 나타났고, 제4주성분으로 전체 변이의 79.97%를 설명할 수 있기 때문에 이를 통해 유색미 도입 유전자원 178자원의 유전적 변이에 따른 분류가 가능한 것으로 나타났다. Kim et al. (2016) 은 국내 육성 벼 243개 품종에 대한 생육형질을 이용한 다변량 분석에서 고유값이 1 이상인 3개의 주성분 기여도가 73.1%라고 보고한 바 있다.

Table 3. Eigen values and contribution obtained from principal component analysis of the 178 colored rice accessions analyzed.

Principal componentEigen valuesContribution (%)Cummulative Contribution (%)
PC12.06 29.49 29.49
PC21.31 18.75 48.24
PC31.21 17.36 65.60
PC41.01 14.38 79.97

벼 생육형질 및 품질특성과 주성분 간의 관계를 나타내는 결과는 Table 4와 같다. 이는 각각의 주성분 결과에 벼 생육형질 및 품질특성이 관여하는 정도를 나타낸 것인데, 제1주성분에서는 간장과 이삭길이가 크게 연관되었고, 제2주성분에서는 주당수수와 천립중이 높게 관여된 것으로 나타났다. 제3주성분은 립(立)장폭비, 아밀로스함량이 크게 관여하였고, 제4주성분은 단백질함량이 크게 관여한 것으로 나타났다. 따라서 제1주성분과 제2주성분에 높게 영향을 미친 간장, 이삭길이, 주당수수, 천립중 4가지 생육형질이 도입 유색미 유전자원을 분류하는데 매우 중요할 것으로 여겨진다. 다만, 생육 및 품질특성 변이 분석 결과(Table 2)에서 이삭길이와 단백질 함량 특성이 변이계수가 높아 형질평가에 유용할 것으로 검토된 결과를 상호 검토 시 주성분 분석은 서로 연관되어 있는 측정변수들을 서로 독립적인 소수의 인공변수인 주성분으로 차원축소를 꾀하는 것(Kang, 2013)이고 변이계수는 표준편차를 평균으로 나눈 상대적 분산정도를 나타내는 통계적 특성을 감안 시 다양한 유전적 변이 특성을 활용하기 위한 유전자원 형질평가는 변이계수 산출뿐만 아니라 주성분 분석을 통한 평가가 유용할 것으로 판단된다.

Table 4. Relation coefficients between growth and quality characteristics and principal components (PCs) of the 178 colored rice accessions analyzed.

CharactersPC1PC2PC3PC4
CL-0.599 0.182 -0.037 0.028
PL-0.565 0.117 -0.205 -0.229
NP0.188 0.660 0.310 -0.035
TGW-0.293 -0.566 0.259 -0.333
LWR0.003 0.281 -0.714 -0.360
Amylose-0.360 0.343 0.487 -0.052
Protein0.264 0.029 0.216 -0.838
*CL: culm length; PL: panicle length; NP: number of panicles per hill; TGW: 1000-grains weight; LWR: length-width ratio

군집 분석

Average Linkage Cluster 방법으로 군집분석 한 결과, Fig. 1 및 Table 5와 같이 7개의 군집으로 구분하였다. I군집은 IT220088 등 79자원이 포함되었으며, II, III, IV, V, VI, VII 군집은 각각 46자원, 19자원, 13자원, 4자원, 8자원 및 9자원이 분포하였다. I군집은 시험 대상 유전자원 대비 전체의 44%로 가장 많은 자원이 포함되어 있었으며, II군집은 26%로 그 다음 큰 군집이었다. III군집은 11%로 I~III 군집이 전체의 81%를 포함하였다. 또한, IV군집은 7%, V군집은 2%, VI군집은 4%, VII군집은 5%로 구분되었다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kjcs/2018-063-03/N0840630301/images/kjcs_63_03_01_F1.jpg
Fig 1.

Dendrogram classified by average linkage cluster analysis showing the 178 colored rice accessions used in this study.

Table 5. Number of accessions in each cluster arranged by type.

ClusterType
VarietyBreeding lineWeedy typeLandraceTotal
I17 (21.5%)26 (32.9%)5 (6.3%)31 (39.3%)79
II11 (23.9%)13 (28.3%)3 (6.5%)19 (41.3%)46
III-2 (10.5%)4 (21.1%)13 (68.4%)19
IV2 (15.4%)4 (30.8%)-7 (53.8%)13
V- 1 (25%)2 (50%)1 (25%)4
VI3 (37.5%)3 (37.5%)1 (12.5%)1 (12.5%)8
VII3 (33.3%)4 (44.5%)1 (11.1%)1 (11.1%)9
Total45 (25.3%)44 (24.7%)16 (9.0%)73 (41.0%)178 (100%)

I군집에는 육성계통이 26자원이었으며, 육성품종이 17, 잡초형이 5자원, 재래종이 31자원으로, 군집내에서는 재래종(39%), 육성계통(33%), 육성품종(22%), 잡초형(6%) 순으로, 재래종이 가장 많았다. II군집에서는 재래종 19자원(41%), 육성품종 13자원(28%), 육성계통 11자원(24%), 잡초형 3자원(7%)로 분포하였다. III군집은 재래종 13자원, 잡초형 4자원, 육성품종 2자원으로, 재래종이 군집내에서 68%로 많은 점유율을 보였고, IV군집에서는 재래종이 7자원, 육성품종이 4자원, 육성계통이 2자원 분포하였다. V군집과 VI군집, VII군집에서는 각각 4자원, 8자원, 9자원으로 다른 군집에 비하여 각 군집에 포함된 자원의 수가 적었다.

Table 6과 같이 I군집, II군집에서는 짙은 갈색의 자원이 많이 있었고, V군집, VI군집, VII군집에서는 자색 계열의 종피색을 가진 자원이 많았다. 특히, V군집은 암자색(흑색)과 자색만으로 자색계열의 종피색을 가진 자원만이 포함되어 있다. Kim et al. (2008)의 유색미의 항산화활성 분석결과에서 흑미가 가장 많은 페놀 함량과 강한 항산화활성을 나타냈고, 갈색벼, 백색미 순으로 감소하는 경향을 보였으며, Lee et al. (2012)은 비타민 B1과 B2를 분석한 결과 적미가 흑미와 녹미에 비해 높은 값을 나타낸 평가결과를 바탕으로, 각 군집별 유색미 자원을 기능성 벼 품종 육종에 활용하는 방안도 검토할 필요가 있다.

Table 6. Number of accessions in each cluster arranged by seed coat color.

ClusterSeed coat Color
BlackPurpleStained dark purpleDark brownStained dark brownRedTotal
I -115412279
II22127- 1446
III2624- 519
IV-- 181313
V13-- - -4
VI-7-1- - 8
VII-6--219
Total525594445178

Table 7은 군집별 양적형질 항목별 평균값을 나타낸 것으로, III군집과 V군집에서는 수량과 연관된 평균 주당수수와 천립중이 다른 군집에 비해 낮게 나타났는데, 이는 상대적으로 다른 군집에 비해 잡초형과 재래종 유전자원이 높게 점유한 결과로 판단할 수 있다. 이러한 결과로 유색미 유전자원 중 수량이 우수한 자원을 선발할 경우에는 III군집과 V군집 보다는 I군집이나 II군집, VII군집이 보다 유용할 것으로 생각된다. VII군집에서 간장, 이삭길이, 장폭비가 다른 군집에 비해 가장 평균값이 적었으며, V군집에서는 천립중 평균이 다른 군집에 비해 가장 낮았다. IV군집에서는 평균 주당수수 가장 낮았으나, 천립중 평균은 가장 높게 나타난 것으로, 수중형 자원 선발을 위해서 효과적으로 이용될 가능성이 있을 것으로 생각된다. V군집, VI군집, VII군집은 자색계열의 종피색을 가진 자원이 많았으며, 또한 아밀로스 평균값이 7이하로 나타난 특징이 있다. 이를 통해 분석 수치상으로 아밀로스가 낮은 것을 목표로 하는 육종 시 쉽게 자원을 선발할 수 있는 기준이 될 것으로 판단되며, 가공용 흑미 육종 시 유용한 자료로 사용될 수 있을 것이다.

Table 7. Clusters of the colored rice accessions analyzed showing average growth and quality related characteristics.

ClusterCharacter
CL (cm)PL (cm)NP1000-grain Wt (g)LWRAmylose content (%)Protein content (%)
I120.326.08.822.42.123.87.3
II81.321.98.322.12.220.88.1
III120.325.05.420.22.721.36.6
IV124.226.34.929.52.123.06.4
V75.224.97.819.02.96.28.5
VI117.727.96.423.12.46.37.1
VII68.319.08.820.91.96.76.8
Mean106.724.57.922.52.220.77.4
*CL: culm length; PL: panicle length; NP: number of panicles per hill; TGW: 1000-grains weight; LWR: length-width ratio

흑미의 육종목표는 안토시아닌 함량이 많아 색택이 진한 흑색으로 보이는 것이 우선 선발되어야 한다. 따라서 V군집, VI군집, VII군집이 선발대상이 되며 생육특성을 고려했을 때 간장이 긴 품종은 도복의 우려가 매우 높아 II, V, VII 군집이 유리하다. 안토시아닌은 고온에서 합성이 저하되고 저온에서 촉진되므로 출수기가 늦은 군집이 유리한데 II군집의 경우 출수기가 빨라서 색소 생성환경에 적합하지 않을 것으로 판단된다. 결론적으로 수량성, 생육특성, 출수기, 색택 등을 고려했을 때 VII군집이 적합할 것으로 판단되며 수량성이 높은 I, II, VII군집과 색택이 우수한 V군집, VI군집과의 교배를 통한 육종개량도 가능할 것으로 보인다.

적요

우리나라에 도입된 유색미 유전자원 178점의 생육 및 품질특성 변이를 평가하고 주성분 분석을 통해 유전자원을 분류하여 벼 육종의 기초자료로 활용하고자 연구를 수행하였다.

1. 도입 유색미 유전자원 178점의 변이계수는 이삭길이, 단백질 함량이 가장 높았고, 장폭비, 천립중, 간장, 아밀로스 함량 순으로 높았고, 수량구성요소인 주당수수가 가장 낮았다.

2. 유색미 유전자원의 생육 및 품질특성에 대한 주성분 분석 결과, 각 주성분의 고유값과 기여율은 제1주성분 2.06개, 29.49%, 제2주성분 1.31개, 18.75%, 제3주성분 1.21개, 17.36% 및 제4주성분 1.01개, 14.38%로 4개의 주성분 고유값이 1 이상이며, 누적기여율이 79.98%로 도입 유색미 유전자원 평가가 가능하였다.

3. 군집분석 결과, I군집은 79자원이 포함되었으며, II, III, IV, V, VI, VII군집은 각각 46자원, 19자원, 13자원, 4자원, 8자원 및 9자원이 분포하였다. I군집, II군집에는 짙은갈색의 자원이 많이 분포되었고, V군집, VI군집, VII군집에는 자색 계열의 종피색을 가진 자원이 많았다. 특히, V군집은 암자색과 자색만으로 자색계열의 종피색을 가진 자원만이 포함되어 있다. VII군집에서 간장, 이삭길이, 장폭비가 다른 군집에 비해 평균값이 적었으며,V군집에서는 천립중 평균이 다른 군집에 비해 가장 낮았다. IV군집에서는 평균 주당수수 가장 낮았으나, 천립중 평균은 가장 높게 나타났다.

References

1 

Choi, H. G. 2010. Assessment of major physicochemical components on waxy corn hybrids (Zea mays L.). Department of Agronomy, Graduate School, Chungnam National University. PhD thesis. p. 123.

2 

Ennis, D. M., H. Boelens, H. Haring, and P. Bowman. 1982. Multivariate analysis in sensory evaluation. Food Technology. pp. 83-90.

3 

Ghosh, J. P., D. Ghosh, and P. R. Choudhury. 2014. An assessment of genetic relatedness between soybean [Glycine max (L.) Merrill] cultivars using SSR markers. American Journal of Plant Sciences. 5(20) : 3089-3096.

10.4236/ajps.2014.520325
4 

Han, O., J. Abe, and Y. Shimamoto. 1999. Genetic diversity of soybean landraces in Korea. Korean J. Crop Sci. 44(3) : 256-262.

5 

Janmohammadi, M., Z. Movahedi, and N. Sabaghnia. 2014. Multivariate statistical analysis of some traits of bread wheat for breeding under rainfed conditions. Journal of Agricultural Sciences. 59(1) : 1-14.

10.2298/JAS1401001J
6 

Juliano B. O. 1985. Rice : Chemistry and Technology. AACC second edition. p. 757.

7 

Kang, H. C. 2013. A guide on the use of factor analysis in the assessment of construct validity. J. Korean Acad. Nurs. 43(5) : 587-594.

10.4040/jkan.2013.43.5.58724351990
8 

Kim, D. Y., M. K. Yoon, J. H. Kwak, T. I. Kim, and J. H. Kim. 2009. Classification of strawberry germplasms based on horticultural traits and principal component analysis. Korean. J. Hort Sci. Technol. 27(4) : 636-643.

9 

Kim, E. O., J. H. Oh, K. T. Lee, J. G. Im, S. S. Kim, H. S. Suh, and S. W. Choi. 2008. Chemical compositions and antioxidant activity of the colored rice cultivar. Korean. J. Food Preserv. 15(1) : 118-124.

10 

Kim, M. S., H. J. Lee, D. A. Yu, J. Y. Song, M. Nino, F. Nogoy, J. Kim, Y. S. So, and Y. G. Cho. 2016. Classification of Korean rice varieties based on agro-morphological traits. Korean J. Breed. Sci. 48(3) : 254-270.

10.9787/KJBS.2016.48.3.254
11 

Kim, S. H., J. W. Jung, J. K. Moon, S. H. Woo, Y. G. Cho, S. K. Jong, and H. S. Kim. 2006. Genetic diversity and relationship by SSR markers of Korean soybean cultivars. Korean J. Crop Sci. 51(3) : 248-258.

12 

Kwak, T. S. 2011. Varietal variation of grain yield and physico- chemical properties related to grain quality of the major rice varieties by the released year. Korean J. Intl. Agri. 23(1) : 109-114.

13 

Kwak, T. S. and J. H. Yeo. 2004. Varietal variation of yield related and growth analysis related characters in rice based on ecological traits. Korean J. Intl. Agri. 16(2) : 143-149.

14 

Malik, M. F. A. 2011. Evaluation of genetic diversity in soybean (Glycine max (L.) genotypes based on agronomic and biochemical traits. Quaid-i-Azam University PhD thesis. p. 170.

15 

Nielsen, J. P. and L. Munck. 2003. Evaluation of malting barley quality using exploratory data analysis. I. Extraction of information from micromalting data of spring and winter. barley. J. Cereal Sci. 38 : 173-180.

10.1016/S0733-5210(03)00023-7
16 

Park, J. Y., K. J. Sa, K. J. Park, and J. K. Lee. 2014. Analysis of morphological characteristics for normal maize inbred lines. Korean J. Crop Sci. 59(3) : 312-318.

10.7740/kjcs.2014.59.3.312
17 

Reddy, V. S., K. V. Goud, R. Sharma, and A. R. Reddy. 1994. Ultraviolet-B-Responsive anthocyanin production in a rice cultivar 1s associated with a specific phase of phenylalanine ammonia lyase biosynthesis. Plant Physiol. 105 : 1059-1066.

10.1104/pp.105.4.105912232265PMC159433
18 

Rural Development Administration, National Institute of Crop Science. 2003. Evaluate the quality and taste of rice. Suwon, Korea.

19 

Rural Development Administration. 2006. Evaluation and management of Rice germplasm. Suwon, Korea. p. 111.

20 

Ryu, S. N. 2013. Grain of new large-grain pigmented rice variety, ‘Daeripjamibyeo’. Korean J. Crop Sci. 58(2) : 185- 189.

10.7740/kjcs.2013.58.2.185
21 

Ryu, S. N. 2014. Science of functional rice. KNOU Press. p. 235.

22 

Ryu, S. N. 2016. Grain quality of a black rice variety ‘Pareunsuperjami’. Korean J. Breed. Sci. 48(4): 547-552.

10.9787/KJBS.2016.48.4.547
23 

Ryu, S. N., S. Z. Park, and C. T. Ho. 1998. High performance liquid chromatographic determination of anthocyanin pigments in some varieties of black rice. Journal of Food and Drug analysis 6(4) : 729-736.

24 

Song, Y. C., J. H. Cho, J. Y. Lee, J. H. Lee, S. H. Oh, S. I. Han, K. H. Jung, W. D. Seo, W. H. Hwang, K. C. Jang, N. B. Park, D. S. Park, S. Y. Kim, H. W. Kang, and H. D. Lee. 2017. Antioxidant functional and red pericarp rice ‘Geonganghongmi’. Korean J. Breed. Sci. 49(1): 23-30.

10.9787/KJBS.2017.49.1.23
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