개념 한 쪽
웅성불임성은 수술이나 화분 형성에 결함이 있어 화분을 만들지 못하는 성질을 말한다. 이 성질을 이용하면 인공수분 부담을 줄여 잡종(F1) 종자를 대량 생산할 수 있다. 세포질적(CMS), 유전자적(GMS), 세포질-유전자적 복합형 등 유형별 특성과 적용 작물 차이를 이해하는 것이 중요하다.
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출제기준 단원 「무성생식과 영양번식」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 임성 회복 필요성 판단 | 1 | 웅성불임 유형과 회복유전자 필요 여부를 가리기 |
| CMS 적용 작물 판별 | 1 | 영양체 수확 작물에 CMS 적용 가능성을 판별하기 |
| 모본·수본 역할 구분 | 1 | F1 교잡종 생산 시 모본과 수본의 역할을 구분하기 |
웅성불임성은 화분을 만들지 못하는 생리적·유전적 성질로, 세포질적 웅성불임성(CMS)은 어머니 쪽의 세포질 유전자(미토콘드리아 등)에 의해 결정되는 경우를 말한다. CMS는 교배 상대와 관계없이 불임성이 유지될 수 있어, F1 종자 생산에서 모본으로 이용하면 인공적 수술 없이도 잡종 종자를 얻기 쉽다.
유전자 웅성불임성(GMS)은 핵 유전자 조합에 따라 불임성이 결정되는 경우를 말한다. GMS는 특정 유전자 조합에 의존하므로 적용 작물 사례가 제한적이며, 고추처럼 GMS를 이용해 1대 잡종 종자를 생산하는 작물들이 있다.
세포질-유전자적 복합형은 세포질 요인과 핵 유전자의 상호작용으로 불임성이 발현되는 경우를 말한다. 이 유형에서는 임성 회복 유전자(Rf) 등의 핵 유전자가 존재하면 임성이 회복되어 가임성 자손을 얻을 수 있으므로, F1에서 임성 회복을 원하면 화분친이 회복유전자를 가져야 한다.
영양체를 수확하는 작물(예: 양파, 당근)에서는 종자 자체의 임성 회복 유전자 여부가 수확물의 형질에 직접적 영향을 미치지 않는다. 따라서 CMS를 이용한 F1 종자 생산에서는 모본의 회복 유전자 유무를 반드시 따질 필요가 없는 경우도 있다는 점이 종자 수확 작물과 영양체 수확 작물을 구분할 때 핵심이 된다.
F1 종자 대량생산을 위한 대표적 방법으로는 자가불화합성과 웅성불임성 이용을 들 수 있다. 자가불화합성은 자기 수분이 되지 않는 성질을 이용하는 방법이며, 웅성불임성은 수술 기능이 없어 자연스럽게 외부의 화분을 받도록 하는 방법이므로 인공교배 비용 절감에 유리하다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. 웅성불임 계통을 이용하여 F1에서 가임성(임성)을 가진 종자를 얻으려면 임성 회복 유전자를 가진 화분친과 교배해야 한다는 설명은 정답으로 판단한다. 반대로, 영양체를 수확하는 작물에서는 모본의 회복 유전자를 따로 고려하지 않아도 된다는 설명도 정답으로 판단한다.
또 다른 예로, 'F1 교잡종 생산 시 모본과 수본의 역할'을 묻는 문항에서는 모본(암)에 수본(수)의 화분을 수분시키는 과정이 핵심이므로, 모본 화분을 이용한다는 보기 선택은 틀리다고 판단한다.
웅성불임성의 유형별 적용 작물을 묻는 문제에서는 고추는 GMS를 이용하여 1대 잡종 종자 생산에 효과적으로 이용된다는 점과, 세포질적 불임성은 양파·당근처럼 영양체 수확 작물에 실용화될 수 있다는 사실을 근거로 정답을 선택한다.
세포질적ㆍ유전자적 웅성불임(gene cytoplasmic male sterility)을 이용하여 F1 종자를 생산할 때 임성을 가진 F1 종자를 얻으려면 어떻게 해야 하는가?
정답 ① · 문항은 세포질적·유전자적 웅성불임계를 이용해 임성이 있는 F1 종자를 얻는 방법을 묻고 있다. 웅성불임(수꽃 기능 상실)인 모본은 스스로 화분을 만들지 못하므로, 복구 유전자를 가진 화분친을 교잡상대로 사용해야 F1에서 임성을 회복한 자손을 얻을 수 있다.
웅성불임 계통은 화분을 만들지 못하므로, 임성회복계통의 화분을 받아야 가임성 F1 종자를 얻을 수 있다.
F1 개체는 화분이 생기지 않고 항상 불임의 F1 종자만이 생산되어 종실이 수확대상이 되는 작물에서는 이용할 수 없고, 영양체를 이용하는 사료용 유체나 양파에서는 실용화 될 수 있는 웅성불임법은?
정답 ② · 문항은 F1 종자가 불임이고 종실이 수확 대상인 작물에서 어떤 웅성불임법이 실용화될 수 있는지를 묻고 있다. 세포질적 웅성불임(CMS)은 모계 세포질 유전형에 의해 화분 형성이 억제되어 항상 불임 개체를 생산하므로 종실 생산을 목적으로 하는 경우에는 다시 번식용으로 불리하지만 영양체를 수확하는 작물에서는 실용적일 수 있다.
세포질적 웅성불임은 화분 형성 장애로 불임 종자만 생산되므로 영양체 이용 작물에 적합하다.
F1 교잡종의 이용에 관한 설명으로 틀린 것은?
정답 ② · 문제는 F1 교잡종 생산과 관련된 설명 중 틀린 것을 찾는 것이다. F1 종자생산에서는 모본(암꽃)에 수본(수꽃)의 화분을 수분시켜야 하므로 '종자친에서 나온 화분을 이용한다'는 진술은 부모 역할을 혼동한 오류로 틀렸다.
F1 교잡종 생산은 모본(암꽃)에 수분본(수꽃)의 화분을 사용해야 하므로 ②가 틀렸다.
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