무 （Raphanus sativus L.） S-haplotype 조합별 수정 친화도 및 종자 결실률 비교분석 = Comparative Analysis of Fertility and Seed Set According to S-haplotype Combinations in Radish （Raphanus sativus L.）

국문 초록 (Abstract)

무（Raphanus sativus L.）의 자가불화합성（Self-incompatibility, SI）은 S- haplotype 에 의해 결정되며, 이는 F1 채종 및 육종에서 중요한 요인으로 작용한다. 본 연구는 다양한 S-haplotype 조합에 따른 교배화합성을 평가하고, 결실 특성과 꼬투리 표현형을 분석하며, PCR 기반 분자 검정을 통해 양친 계통 및 F1 종자의 유전자형을 확인함으로써 효율적인 양친 조합 선발에 필요한 기초자료를 제공하고자 수행되었다. 실험은 S1, S5, S10, S16 을 각각 부계로 하는 하우스에서 다양한 S- haplotype 을 가진 모계 계통과의 교배를 통해 수행되었으며, 꼬투리 수, 종자 수, 화합성 지수, 백립중, 총 수량 및 주당 수량을 조사하였다. 또한 꼬투리의 외형적 특성을 관찰하였고, S homozygous 계통 및 F1 개체에 대해 S-haplotype specific primer set 를 이용한 PCR 분석을 실시하였다. 그 결과, 동일 S-haplotype 조합에서는 전반적으로 낮은 결실성과 불량한 꼬투리 발달이 나타난 반면, 이형 S-haplotype 조합에서는 높은 종자 형성과 양호한 꼬투리 발달이 확인되었다. S1 부계 하우스에서는 Gu 15 × Sp 7（S27 × S1） 조합이 평균 종자 수와 주당 수량 모두에서 가장 우수하였으며, S5 부계 하우스에서는 S1 × S5 조합이 전반적으로 높은 결실성과 수량성을 보였다. S10 부계 하우스에서는 Gu 15 × Au 11（S27 × S10） 조합이 화합성 지수 6.06 으로 가장 높았으며, S16 부계 하우스에서는 Au 2 × Sp 38（S10 × S16） 조합이 주당 수량 74.90g 으로 가장 높은 생산성을 나타냈다. 반면 동일 S- haplotype 조합 및 일부 특정 조합에서는 종자 형성이 매우 제한적이거나 전혀 이루어지지 않았다. 꼬투리 표현형은 결실성과 밀접한 관련을 보였으며, 결실이 우수한 조합에서는 길고 충실한 꼬투리가 형성된 반면, 결실이 불량한 조합에서는 짧고 종자 충실도가 낮은 꼬투리가 나타났다. PCR 분석 결과, 모든 양친 계통에서 목표 S-haplotype 특이 band 가 확인되었으며, F1 개체에서도 양친 유래 band 가 동시에 검출되어 교배의 정확성이 분자적으로 검증되었다. 또한 화합성 지수를 기준으로 화합성을 구분한 결과, 동일 S- haplotype 조합은 주로 약한 화합성을 보였고, 이형 조합은 중간 또는 강한 화합성을 나타냈다. 그러나 동일 조합 내에서도 계통에 따라 결실 수준의 차이가 크게 나타나, 교배화합성은 S-haplotype 뿐 아니라 계통의 유전적 배경에 의해서도 영향을 받는 것으로 판단된다. 종합하면, 본 연구는 무에서 S-haplotype 조합이 교배화합성, 꼬투리 발달 및 종자 생산성에 중요한 영향을 미친다는 것을 확인하였으며, 효율적인 F1 채종을 위한 양친 조합 선발 시 S-haplotype 정보와 함께 계통 특성을 종합적으로 고려해야 함을 시사한다. 본 연구 결과는 무 육종 및 채종 체계 구축을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Self-incompatibility （SI） in radish （Raphanus sativus L.） is controlled by S- haplotypes and plays an important role in F₁ seed production and breeding programs. This study was conducted to evaluate cross-compatibility among different S-haplotype combinations, analyze seed set characteristics and silique phenotypes, and verify the genotypes of parental lines and F1 progenies through PCR-based molecular analysis, thereby providing fundamental information for efficient parental combination selection. Crosses were performed using various maternal lines with different S-haplotypes in greenhouses where S1, S5, S10, and S16 were used as paternal lines. To evaluate the cross-compatibility of each combination, the number of siliques, the number of seeds per silique, compatibility index, 100-seed weight, total yield, and yield per plant were recorded. Pod morphological characteristics were also observed. As a result, identical S-haplotype combinations generally exhibited low pod- setting ability and poor pod development, whereas distinct S-haplotype combinations showed high seed set and favorable pod development. In the S1 paternal greenhouse, the Gu 15 × Sp 7 （S27 × S ） combination performed the best in both average seed number and yield per plant. In the S5 paternal greenhouse, the S1 × S5 combination showed overall high pod-setting ability and yield. In the S10 paternal greenhouse, the Gu 15 × Au 11 （S27 × S10） combination recorded the highest compatibility index of 6.06, while in the S16 paternal greenhouse, the Au 2 × Sp 38 （S10 × S16） combination demonstrated the highest productivity, reaching a yield per plant of 74.90g. In contrast, seed formation was severely limited or completely absent in identical S-haplotype combinations and certain specific combinations. Silique phenotype was closely associated with seed set characteristics.
Combinations with high compatibility produced long and well-filled siliques, whereas combinations with poor compatibility produced short siliques with low seed filling. PCR analysis confirmed the presence of target S-haplotype -specific bands in all parental lines, and both maternal and paternal-derived bands were detected simultaneously in F1 individuals, verifying the accuracy of the crosses at the molecular level. Compatibility levels were classified based on the compatibility index. Identical haplotype combinations mainly showed weak compatibility, whereas heterologous combinations exhibited intermediate or strong compatibility. However, differences in seed set were also observed among lines within the same haplotype combinations, indicating that cross-compatibility is influenced not only by S-haplotypes but also by the genetic background of each genotype. In conclusion, this study demonstrated that S-haplotype combinations significantly affect cross-compatibility, silique development, and seed productivity in radish. These results suggest that both S-haplotype information and genotype characteristics should be considered for efficient parental selection in F1 seed production. The findings of this study are expected to provide useful baseline data for radish breeding and seed production systems.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 언 1
• Ⅱ. 연 구 사 3
• 1. 무(Raphanus sativus L.) 3
• 2. 자가불화합성(Self-Incompatibility) 4
• 2.1. 자가불화합성의 정의와 유형 4
• 2.2. Brassicaceae의 S locus complex 6
• 2.2.1. S locus의 정의 및 구성 6
• 2.3. 배추과(Brassicaceae)의 S-haplotype 8
• 2.3.1. S-haplotype의 정의와 분류 8
• 2.3.2. 무 S-haplotype 동정에 관한 연구 9
• 3. S-haplotype을 이용한 배추과 F1 품종 육종 11
• Ⅲ. 재료 및 방법 13
• 1. SI DNA marker를 이용한 무 S-haplotype 검정 13
• 1.1. 실험 재료 13
• 1.2. 실험방법 15
• 1.2.1. 무 S homozygous line gDNA 추출 15
• 1.2.2. SI DNA marker를 이용한 무 교배친 계통 S-haplotype genotyping 16
• 2. 무 S-haplotype에 따른 교배조합별 화합성 검정 19
• 2.1. 실험 재료 19
• 2.2. 생육환경 및 방법 19
• 2.3. 교배조합별 화합성 검정 25
• 2.4. 교배조합에서 생성된 F1의 S-haplotype 인자 genotyping 25
• 2.4.1. 생육환경 및 방법 25
• 2.4.2. F1 gDNA 추출 26
• 2.4.3. F1 S-haplotype genotyping 26
• Ⅳ. 결과 및 고찰 27
• 1. 무 교배친 S-haplotype 검정 27
• 1.1. 무 교배친 S homozygous line gDNA 추출 27
• 1.2. 무 교배친 S homozygous line genotyping 27
• 2. 무 S-haplotype 조합에 따른 교배화합성 검정 33
• 3. 무 F1 S-haplotype genotyping 79
• 3.1. 무 F1 gDNA 추출 79
• 3.2. 무 F1 S-haplotype genotyping 79
• Ⅴ. 참고 문헌 106