개념 한 쪽
세포질 웅성불임성(CMS)은 모본의 세포질 요인으로 인한 수꽃 기능 상실을 말한다. 일부 경우 핵 유전자인 임성회복유전자(restorer)가 존재하면 불임성이 회복되며, 이 상호작용을 이해해야 육종 현장에서 계통 관리와 F1 종자 생산을 수행할 수 있다.
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출제기준 단원 「세포질 웅성불임성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| F1 종자용 교배 조합 판별 | 1 | 불임 유지계와 생산계의 유전자형 조합을 고르기 |
| 모본·부본에 따른 세포질·핵 유전 분석 | 1 | 모본의 세포질형과 부본 핵형으로 자손 형질을 예측하기 |
| CMS 적용 작물 식별 | 1 | 웅성불임성을 활용한 F1 채종 작물군을 가리기 |
세포질 웅성불임성(CMS)은 미토콘드리아 등 세포질 유전체의 변화로 인해 수꽃이 정상적으로 발달하지 못하는 현상으로 정의한다. CMS는 모본에서만 세포질을 전하므로 세포질형은 모본에 의해 결정된다는 점을 강조한다.
CMS 계통에서 핵 유전자의 역할이 중요할 수 있다. 특정 핵 유전자가 존재하면 꽃밥의 임성을 회복시켜 불임성이 사라지는데, 이러한 핵 유전자를 임성회복유전자 또는 Restorer 유전자라 부른다. 따라서 CMS는 세포질 요인과 핵 유전자의 상호작용으로 기능할 수 있으며, 이 결합형을 '세포질유전자웅성불임성'이라고 부른다.
작물별로 CMS의 활용 방식과 대표 작물이 다르다. 벼는 화본과 작물로서 대규모 F1 잡종 종자 생산에 CMS 계통을 널리 이용한다. 옥수수는 세포질적 불임의 대표 사례로 T형 미토콘드리아 돌연변이에 기인하는 CMS가 알려져 있다. 양파·고추·당근 등은 CMS를 이용한 F1 채종이 실용적으로 이루어지는 작물군으로 분류한다.
한편, 모든 웅성불임성이 세포질성에만 기인하는 것은 아니다. 토마토처럼 핵유전자(ms)의 열성 동형접합(msms)에 의해 웅성불임이 나타나는 경우도 존재한다. 이런 핵성 웅성불임성과 세포질성 CMS를 구분하여 육종 전략을 수립해야 한다.
육종 현장에서 CMS를 이용할 때는 계통 구성의 목적에 따라 '생산계'와 '유지계'를 구분하여 교배를 설계한다. 예컨대 양파의 경우 불임 계통을 유지하는 유지친과 생산용 부본을 적절히 조합하여 F1에서 유성 형질이 확보되도록 교배한다.
예 1 — 양파의 F1 종자 생산에서는 불임 모본과 유성 부본을 교배한다. 불임 유지형이 Smsms 유전자형이라면, 부본을 Nmsms 형태로 선택하면 교배 결과 F1에서 모두 유성(Nsms)이 되어 대량 종자 생산에 유리하다는 점을 활용한다.
예 2 — 세포질적 웅성불임(CMS)이 의심되는 작물의 혈통 관리에서는 모본을 통해 세포질형이 전달된다는 원리를 적용한다. 모본이 S 세포질을 지니면 자손은 항상 S 세포질을 물려받으므로, 불임성 유지에는 부본의 핵 유전자형이 msms인지 확인하는 절차가 필요하다.
양파의 웅성불임성을 이용하여 F1종자를 얻을 경우 가장 좋은 조합형은?
정답 ③ · 문항은 양파의 웅성불임성을 이용해 F1 종자를 얻을 때 이상적인 유전자형 조합을 묻고 있다. 불임 모본은 Smsms 형질을 가지며 유성 회복형은 Nms 유전자를 포함한 형질을 제공해야 한다.
웅성불임 모본과 유성모본의 교배로 F1 종자를 대량 생산하려면 Smsms×Nmsms 조합이 가장 효율적이다.
차대에 유전자형이 (S)msms인 웅성불임 개체만 나올 수 있는 교배조합은?(단, 괄호안은 세포질형으로서 S는 불임세포질이고, N은 정상세포질이다. 그리고 ms는 웅성불임유전자이다.)
정답 ① · 세포질웅성불임(CMS)을 이용한 F1 육종에서 차대에서 웅성불임 개체인 (S)msms만 얻기 위해서는 모본은 반드시 불임세포질과 열성 불임유전자를 가진 (S)msms여야 합니다. 부본(꽃부모)은 불임 유전자 ms에 대해 열성 동형접합인 (N)msms 또는 (S)msms 형태가 교배되어야 핵 유전자는 모두 msms로 고정되며, 이처게 되면 차대의 세포질은 모본으로부터 S를 물려받아 (S)msms 개체만 출현하게 됩니다.
모본 (S)msms에서 자손은 S 세포질과 ms 유전자를 물려받으므로 부본도 msms여야 차대가 모두 (S)msms가 된다.
웅성불임성을 이용하여 F1채종을 하는 작물만으로 나열된 것은>
정답 ③ · 웅성불임성 유전 자원은 자가 수정을 방지하고 F1 교잡종을 용이하게 생산하기 위해 교배 친으로 사용됩니다. 주로 양파, 당근, 고추 등은 세포질·핵유전 양식의 웅성불임성을 이용해 실용적인 F1 종자 채종체계를 구축한 대표적인 작물입니다.
양파, 고추, 당근은 세포질·핵유전 양식의 웅성불임성을 이용해 F1 교잡종을 생산하는 대표 작물이다.
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