Tetra Null 유전자형을 가진 갈색 종피 콩 육종

리사랏,강재은,이성경,최상우,정종일 경상대학교 농업생명과학연구원 2021 농업생명과학연구 Vol.55 No.1

성숙 콩 종실에는 단백질, 지방, 탄수화물의 3대 영양소와 아이소플라본, 안토시아닌, 레시틴, 사포닌, 루테인, 플라보노이드와 같은 기능성 성분 뿐만 아니라 리폭시지나아제, 쿠니츠트립신인히비터, 렉틴, 7S αʹ-subunit 단백질과 같은 항영양 성분들도 포함하고 있어 콩을 가공하고 섭취하는 데 제약과 어려움이 발생하며 품질과 기능성을 저하시킨다. 본 연구는 성숙 콩 종실에서 항영양 성분인 lipoxygenase, Kunitz Trypsin Inhibitor (KTI), lectin 및 7S αʹ-subunit의 4가지 단백질을 암호하는 유전자들이 tetra null 유전자형(lox1lox2lox3tilecgy1)으로 이들 항영양성 단백질이 축적되지 않고, 갈색 종피인 계통을 육성하기 위하여 진행되었다. 4개의 모본(Jinpumkong#2, Gaechuck#2, PI506876, PI548392)을 이용한 육종집 단이 창성되었다. SDS 전기영동과 western blot 기술로 4가지 단백질(lipoxygenase, KTI, lectin, 7S αʹ-subunit)의 존재 여부를 결정하는 유전자가 모두 열성인 tetra null 유전자형과 갈색 종피를 가진 F2 개체가 선발되었다. 선발개체는 세대진전을 통하여 초형, 성숙기, 탈립, 백립중 및 종자상태와 같은 농업형질을 평가하였고, F5 세대에서 4가지 단백질과 갈색 종피에 대한 유전적 고정을 확인하였다. 선발 계통의 경장은 68cm 정도였으며, 백립중은 29.2g으로 대립에 속하였고, 종피색은 갈색이고 제색은 하얀색이며 성숙 자엽색은 노란색이었다. 본 연구를 통하여 선발된 계통은 성숙 콩 종실에서 품질과 기능성을 저하시키는 lipoxygenase, KTI, lectin 및 7S αʹ-subunit 단백질이 모두 검출되지 않는 유색콩 품종 육성을 위한 중간모본으로 이용될 수 있을 것으로 사료되었다. Soybean [Glycine max (L.) Merr.] seed is one of the major food sources for protein, oil, carbohydrates, isoflavones, and many other nutrients to humans and animals. Also, soybean seeds contain antinutritional factors such as lipoxygenase protein, Kunitz Trypsin Inhibitor (KTI) protein, lectin protein, and 7S αʹ-subunit protein. The genetic elimination of these antinutritional proteins will improve the nutritional value of soybean seed. The objective of this research was to develop new soybean line with brown seed coat and tetra null genotype (lox1lox2lox3tilecgy1) for lipoxygenase, KTI, lectin and 7S αʹ-subunit proteins. Four parents were used to create breeding population. Presence and absence of lipoxygenase and 7S αʹ-subunit proteins were detected by SDS electrophoresis and KTI and lectin proteins were detected by Western Blot technique, respectively. A new tetra null soybean (lox1lox2lox3tilecgy1 genotype) with brown seed coat and lacking of lipoxygenase, KTI, lectin and 7S αʹ-subunit proteins was developed. A new strain has purple flower, brown seed coat, yellow cotyledon and white hilum. Stem height of new strain was 69 cm and 100-seed weight was 29.2g. A new soybean line developed through this research will be used to improve new tetra null cultivar (free of lipoxygenase, KTI, lectin and 7S αʹ-subunit proteins) with brown seed coat and high quality and function.

Tetra null 유전자형과 녹색종피 및 자엽을 가진 콩 계통 육종

리사랏,이정환,오현수,김세영,문진영,정종일 한국생명과학회 2023 생명과학회지 Vol.33 No.8

A soybean cultivar with a green seed coat and cotyledon contains high levels of lutein, which is beneficial for eye health. Plus, antinutritional components such as lipoxygenase, Kunitz trypsin inhibitor (KTI), lectin and stachyose exist in the mature seed. The genetic elimination of these antinutritional factors is a necessary step in green soybean breeding. This research was conducted to improve a new green soybean line with the green cotyledon and tetra null genotype (lox1lox2lox3tilers2) in terms of lipoxygenase, KTI, lectin and stachyose. We used five germplasms to develop a breeding population. A total of 69 F2 seeds were obtained from the cross of parent 1 and parent 2, and from those, 21 F2 seeds were selected that had the green seed coat color, and which were free of lectin protein. Next, four F2 plants with the green seed coat and tetra null genotype were selected from the breeding population derived from four genotypes. The absence of lipoxygenase, KTI and lectin proteins was confirmed in the F5 strain. The breeding line has a green seed coat, green cotyledon and white hilum color. The 100-seed weight and stachyose content for the breeding line were 30.7 g and 2.40 g/kg, respectively. The line selected in this study could be used as a cultivar or parent to improve colored soybean cultivars through the removal of antinutritional components such as lipoxygenase, KTI, lectin and stachyose.

갈색종피 및 Penta Null 유전자형을 가진 콩 계통 육종

리사랏,이정환,오현수,김세영,정종일 경상대학교 농업생명과학연구원 2023 농업생명과학연구 Vol.57 No.3

콩 종실에는 레시틴, 아이소플라본, 사포닌, 루테인, 안토시아닌 및 플라보노이드와 같은 생리활성 성분과 약 40%의 단백질이 들어 있어 최근 식물성 대체 단백질의 주요 재료로 이용성이 점차 증가되고 있다. 그러나 lipoxygenase, Kunitz Trypsin Inhibitor (KTI), lectin, 7Sα′subunit 단백질 및 stachyose와 같은 알레르기를 유발시키고 품질 및 기능성을 저하시키는 성분들도 존재한다. 본 연구는 갈색 종피와 penta null 유전자형 (lox1lox2lox3tilecgy1rs2)을 가져 성숙 종실에서 lipoxygenase, KTI, lectin 및 7Sα′subunit의 4가지 단백질이 모두 없으면서 stachyose의 함량이 매우 낮은 콩 계통을 육성하기 위하여 진행되었다. 5개의 자원을 이용하여 창성된 육종집단으로부터 갈색 종피와 penta null 유전자형을 가진 6개의 F2 종자가 선발되었다. 농업형질이 양호한 계통을 선발하여 F7 계통에서 lipoxygenase, KTI, lectin 및 7Sα' subunit의 4가지 단백질에 대한 부재를 확인하였다. 선발계통은 갈색종피와 자주색 꽃 및 유한신육형이며 배꼽색은 흰색이고 성숙 자엽색은 노란색이었다. 선발계통의 경장은 68cm 정도이며 백립중은 29.2g으로 대립이었고 stachyose의 함량은 3.8g/kg으로 매우 낮았으며 수량은 2.75ton/ha 정도였다. 선발된 계통은 성숙 콩 종실에서 콩 가공적성과 품질 및 기능성을 저하시키는 lipoxygenase, KTI, lectin 및 7Sα′subunit의 4가지 단백질이 모두 없으면서 난소화성 당으로 알려진 stachyose의 함량이 매우 낮은 유색콩 품종 및 중간모본으로 이용될 수 있을 것으로 사료되었다. Soybean [Glycine max (L.) Merr.] seed is a major protein source for production of plant-based meat. However, antinutritional factors such as stachyose, lipoxygenase, Kunitz Trypsin Inhibitor (KTI), lectin and 7S α’subunit proteins exist in mature seed. The genetic removal of these antinutritional components is necessary step in soybean breeding. The research was conducted to improve new soybean strain with brown seed coat and penta null genotype (lox1lox2lox3tilecgy1rs2) for lipoxygenase, KTI, lectin, 7S α' subunit and stachyose. Six F2 seeds with brown seed coat and penta null genotype were selected from the breeding population derived from five genotypes. The absence for lipoxygenase, KTI, lectin and 7S α' subunit proteins was confirmed in F7 strain developed. The breeding line has purple flower, determinant growth type, brown seed coat, white hilum color and yellow cotyledon. Stem height of new strain was 68 cm and 100-seed weight was 29.2 g. The content of stachyose was very low at 3.8 g/kg and the yield was about 2.75 ton/ha. A strain developed through this study can be registered as new cultivar and can be used as intermediate parent to improve soybean cultivars with penta null genotype and colored seed coat.

갈색종피와 녹색자엽 및 Tetra Null 유전자형을 가진 콩 계통 선발

리사랏(Sarath Ly),오현수(Hyeon Su Oh),김세영(Se Yeong Kim),이정환(Jeong Hwan Lee),정종일(Jong Il Chung) 한국작물학회 2023 한국작물학회지 Vol.68 No.3

갈색종피와 녹색자엽을 가진 품종 및 유전자원의 성숙종실에는 눈 건강에 유익한 루테인 성분과 항산화 효과를가진 플라보노이드 성분이 많이 함유되어져 있다. 그러나, 렉틴, 7S α′ subunit, 리폭시게나제 및 쿠니츠 트립신 억제제(KTI) 단백질 같은 항영양 성분이 존재한다. 이러한 항영양 성분을 불활성화시키기 위하여 콩 식품 제조 및 가공시고온 및 첨가제 처리가 필요하지만 여러 가지 단점이 수반된다. 따라서, 갈색종피와 녹색자엽이면서 성숙 종실에서렉틴, 7S α′ subunit, 리폭시게나제 및 KTI의 4가지 단백질이 모두 부재한 tetra null 유전자형(lecgy1lox1lox2lox3ti)을가진 계통을 선발하기 위하여 본 연구가 진행되었다. 4개의품종과 1개의 유전자원을 이용하여 육종집단 창성을 위한두 모본이 선발되었다. 전체 58개의 F2 식물체로부터 DNA 마커를 이용하여 lele 유전자형을 가진 개체가 선발된 후갈색종피와 녹색 자엽이면서 7S α′ subunit 단백질이 부재한 F3 종자가 선발되었다. 선발된 F3 종자는 F3 식물체를 거쳐 3개의 계통으로 육성되었다. 3개의 선발 계통(S1, S2, S3) 에 대하여 F6 종자에서 렉틴, 7S α′ subunit, 리폭시게나제및 KTI의 4가지 단백질에 대한 유전적 부재가 검정되었다. 3개의 선발 계통은 갈색종피, 녹색자엽 및 흰색배꼽을 가지고 있으며 백립중은 26.4-30.9 g으로 대조품종인 ‘청자3호’ 의 36.0 g보다 작았다. S2 선발 계통은 백립중이 30.9 g으로대립이며 콩에서 항영양성분으로 알려진 lectin, 7S α′ subunit, lipoxygenase 및 KTI의 4가지 단백질 모두 부재한 유색콩품종육성을 위한 중간모본으로 이용될 수 있을 것으로 사료되었다 Soybean is the one of the most important crops for providing quality vegetable protein to umans and livestock. Soybean cultivars with a brown seed coat have a wide range of antioxidant benefits because of the flavonoid components. However, they also contain lectin, 7S α′ subunit, lipoxygenase, and Kunitz trypsin inhibitor (KTI) proteins that can be allergenic and digestive inhibitors and reduce processing aptitude. Genetic removal of these four proteins is necessary in soybean breeding. Therefore, this study was conducted to select a new line with brown seed coat, green cotyledon, and tetra-null genotype (lecgy1lox1lox2lox3ti) for lectin, 7S α′ subunit, lipoxygenase, and KTI proteins in the mature seed. Five germplasms were used to create breeding population. From a total of 58 F2 plants, F2 plants with lele genotype were selected using a DNA marker, and F3 seeds with a brown seed coat, green cotyledon, and the absence of 7S α′ subunit protein were selected. Three lines (S1, S2, and S3) were developed. Genetic absence of lectin, 7S α′ subunit, lipoxygenase, and KTI proteins was confirmed in F6 seeds of the three lines, which had a brown seed coat, green cotyledons, and a white hilum. The 100 seed weights of the three lines were 26.4-30.9 g, which were lower than 36 g of the check cultivar - ‘Chungja#3’. The new S2 line with 30.9 g hundred seed weight can be used as a parent to improve colored soybean cultivars without antinutritional factors such as lectin, 7S α′ subunit, lipoxygenase, and KTI proteins.

녹색종피 및 자엽과 KTI, Lectin, P34 단백질에 대한 Triple Null 유전자형을 가진 콩 육종

최상우,리사랏,이정환,오현수,김세영,김나현,정종일 경상대학교 농업생명과학연구원 2022 농업생명과학연구 Vol.56 No.2

콩 [Glycine max (L.) Merr.]은 단백질, 지방, 탄수화물의 3대 영양소와 다양한 기능성 성분의 주요 공급원이다. 녹색종피와 자엽을 가진 콩 품종은 눈건강에 유익한 루테인 성분을 많이 함유하고 있지만, 항영양성분으로 알려진 쿠니츠트립신인히비터 단백질, 렉틴 단백질 및 P34 단백질을 가지고 있어 품질과 기능성을 저하시킨다. 이러한 성분이 유전적으로 제거된 품종의 육성이 필요하다. 녹색종피와 자엽을 가지고 있지만, 쿠니츠트립 신인히비터, 렉틴, P34의 3가지 단백질이 모두 없는 triple null 유전자형을 가진 콩 계통을 육성하기 위하여 본 연구가 진행되었다. 4개의 유전자원 (Gaechuck#2, PI548392, PI567476, Seonyack)을 이용하여 창성된 두 모본의 교배로 육종집단이 창성되었다. Western blot 기술을 이용하여 쿠니츠트립신인히비터, 렉틴 및 P34 단백질의 존재여부를 확인하였다. 녹색종피 및 자엽과 쿠니츠트립신인히비터, 렉틴, P34의 3가지 단백질이 모두 없는 triple null 유전자형 (titilelep34p34)을 가진 6개의 F2 종자가 선발되었다. F2 식물체 세대와 농업형질 평가를 통하여 한 개의 계통이 선발되었으며 F4 종자에서 3가지 단백질에 대한 유전적 고정을 확인하였다. 선발 계통의 경장은 73 cm 정도였으며 백립중은 19.5 g으로 중립에 속하였고 종피색은 녹색이고 제색은 검정색이며 성숙 자엽색은 녹색이었다. 본 연구를 통하여 선발된 계통은 성숙 콩 종실에서 품질과 기능성을 저하시키는 쿠니츠트립신인히비터, 렉틴, P34의 3가지 단백질이 모두 없으며 녹색종피와 자엽을 가진 유색콩 품종 육성을 위한 재료로 이용될 수 있을 것으로 사료되었다. Soybean [Glycine max (L.) Merr.] is an excellent sources of protein, oil and carbohydrates for humans and animals. Green seed-coat with green cotyledon soybean is known to contain a lot of lutein component which is good for eye health. Also, soybean seeds contain anti-nutritional factors such as Kunitz Trypsin Inhibitor (KTI), lectin and P34 proteins. The genetic removal of these components will improve the nutritional value of green seed soybean. The objective of this study was to breed new soybean line with green seed coat, green cotyledon and triple null genotype (titilelep34p34) for KTI (titi), lectin (lele) and P34 proteins (p34p34). Two new parents were developed to create breeding population using four germplasms. Presence and absence of KTI, lectin and P34 protein was detected by Western Blot technique. Six F2 seeds with green seed coat, green cotyledon and triple null genotype (titilelep34p34) were selected. One F3 plant strain with green seed coat, green cotyledon and triple null genotype (titilelep34p34) was selected. A new strain has purple flower and black hilum. Stem height of new strain was 73 cm and 100-seed weight was 19.5 g. A new soybean line obtained through this research will be used to improve new triple null cultivar (free of KTI, lectin and P34 proteins) with green seed coat, green cotyledon and high nutrition value.

리폭시지나아제, 쿠니츠트립신인히비터, 7S 알파다시 서브유닛 단백질이 없으며 스타키오스 함량이 낮은 대립 노란콩 품종 ‘하영’

최상우,리사랏,이정환,오현수,김세영,정종일 한국육종학회 2022 한국육종학회지 Vol.54 No.2

Soybean [Glycine max (L.) Merr.] is an excellent source of protein, oil, carbohydrates, and many other bioactive ingredients. However,its raw mature seeds also contain several antinutritional components. The newly developed soybean cultivar ‘Hayoung’ has large yellow seedsand a low stachyose content, and is free of lipoxygenase, Kunitz trypsin inhibitor (KTI), and 7S α’-subunit proteins. ‘Hayoung’ was selectedfrom the population derived from a cross between the intermediate parent (F4-4) and the breeding line (15G1). It has purple flowers, tawnypubescence, a determinate growth habit, and light-yellow pods at maturity. The seed of the cultivar has a yellow hilum and yellow seedcoat color. The dry weight seed protein and oil content were 37.9 and 16.0%, respectively. The stachyose content was 3.1 g/kg, which wasmuch lower than 12.7 g/kg of the check cultivar, ‘Daewon’. ‘Hayoung’ has shown resistance to soybean necrosis, soybean mosaic virus,Cercospora leaf spot and blight, black root rot, pod and stem blight, and bacterial pustule. ‘Hayoung’ matured on 22 October with a plantheight of 56 cm and a 100-seed weight of 32.3 g. The average yield of the cultivar was 3.12 (Ton/ha), based on regional yield trials in2018 at four locations. ‘Hayoung’ has been registered as a soybean cultivar (registration number: 8625, registration date: June 08, 2021) bythe Korea Seed & Variety Service, Republic of Korea.