Mapping of a Major QTL, qHD6-SD Responsible for Days to heading Under Natural Short Day Conditions to Develop Rice Varieties adaptable to Tropical Regions

Maurene Bombay,Sais-Beul Lee,Myrish Pacleb,Sumin Jo,Ji-Youn Lee,Jun-Hyeon Cho,Jong-Hee Lee,Ju-Won Kang,Sung-Ryul Kim,Jae-Sung Lee,Il-Ryong Choi,Jeom-Ho Lee,Jong-Min Ko,Dong-Soo Park 한국국제농업개발학회 2021 韓國國際農業開發學會誌 Vol.33 No.2

인디카 벼는 일조시간이 짧은 열대지역에서 주로 재배하며, 자포니카 벼는 일조시간이 긴 한국, 일본, 및 중국(동북부 지역)을 포함하는 온대지역에서 재배한다. 최근 동남아 열대지역에서 자포니카 쌀에 대한 수요가 증가함에 따라 농촌진흥청은 필리핀 국제미작연구소(IRRI)와 공동으로 열대지역에 적응하는 다수성 온대 자포니카 벼 품종을 개발하고 있다. 일반적으로 자포니카 벼를 단일조건인 열대지역에 재배하면 이앙 후 바로 개화가 촉진되어 극조기 출수가 유도된다. 따라서 열대지역에 적응하는 자포니카 벼를 개발하기 위해서는 단일조건에서도 충분히 생장한 후 출수를 하는 특성이 우선적으로 필요하다. 본 연구는 국내 자포니카형 벼 품종인 ‘일품’과 미국에서 육성한 인디카형 벼인 ‘Zenith’를 교배한 F9 RIL 180 계통을 이용하여 필리핀의 단일조건하에서 재배하면서 출수기에 관련한 양적형질유전자좌(QTL) 분석을 수행한 바, 그 결과는 다음 과 같다. 1. 단일조건하에서 출수일수(파종~출수)에 관여하는 2종의 QTL(qHD6-SD와 qHD6-LD)을 탐색하였다. 2. 정밀지도제작 결과 qHD6-SD와 qHD6-LD은 모두 6번 염색체 Hd1 유전자를 포함하는 98 kb 영역에 존재하는 동일한 QTL인 것으로 나타났다 3. 시험계통을 필리핀 단일 조건에서 재배하였을 때 qHD6- SD 또는 qHD6-LD에서 Zenith allele형을 보유한 계통들은 일 품 allele형을 가진 계통들 보다 출수일수가 평균 8일 정도 길었다. 3. 시험계통을 한국의 장일 조건에서 재배하였을 때 qHD6- SD 또는 qHD6-LD에서 Zenith allele형을 보유한 계통들은 일품 allele형을 가진 계통들보다 출수일수가 평균 8일 정도 짧 았다. 4. 이러한 특성은 기존에 보고된 Hd1 유전자의 특성과 유사하여 qHD6-SD 및 qHD6-LD 은 Hd1 유전자일 가능성이 높은 것으로 나타났으며, 본 시험에서 사용한 Zenith는 nonfunctional Hd1 allele을 보유하는 것으로 추정되었다. 5. 이러한 결과를 통해 열대지역에 적응하는 자포니카 벼 육종연구에서 극조기 출수를 방지하고 충분한 출수일수를 확보하여 수량을 높이기 위해서는 인디카 벼가 주로 보유하고 있는 non-functional Hd1 allele을 반드시 도입해야 함을 재확인 하였다. In the tropics (Southeast Asian countries), indica rice is more common than japonica. Japonica rice is mainly cultivated in temperate regions, including Korea, Japan, and China (northeast regions) due to its poor adaptation to tropical areas. To develop tropically-adapted high-yielding japonica rice, breeders should overcome the challenges, including extremely early flowering, low biomass accumulation, and inferior panicle traits. This study investigated 180 F9 recombinant inbred lines (RILs) developed from a cross between Ilpum (temperate japonica) and Zenith (indica) as a case population to identify quantitative trait loci (QTLs) that influence the said traits. Here we identified two major QTLs, qHD6-SD and qHD6- LD, conferring days to heading under short day (SD) and long day (LD) conditions, respectively. Finer mapping revealed that both qHD6-SD and qHD6-LD located in the similar 98 kb region harbored the Hd1 gene. Days to heading in the RILs harboring the Zenith allele type of qHD6-SD under SD conditions were significantly longer than those in the RILs harboring the Ilpum allele type. On the contrary, days to heading in the RILs harboring the Zenith allele type of qHD6-SD under LD conditions were significantly shorter than those in the RILs harboring the Ilpum allele type. This bi-functionality of qHD6-SD upon heading strongly support the claim that both qHD6-SD and qHD6-LD might be the Hd1 gene. Our findings further support the claim that the functional allele type of Hd1 gene delays long-day heading and promotes extremely early short-day heading. Therefore, a non-functional Hd1 type is critical to tropical adaptation of japonica rice since it delays the heading date, which is essential to attain prolonged vegetative state in order to achieve optimum biomass, increased spikelet number, and grain filling capacity.

열대 산악지역 적응 내냉성 자포니카 벼 품종 ‘Cordillera 4’

정오영,이점식,Maurene Bombay,Gideon Torollo,Thelma Padolina,Rustum Braceros,Lenie Pautin,백만기,안억근,현웅조,박현수,정종민,이창민,조준현,이정희,조수민,여운상,정응기,김춘송,서정필,박동수,이점호 한국국제농업개발학회 2021 韓國國際農業開發學會誌 Vol.33 No.2

‘Cordillera 4’(Registration No. BPI-NSIC-2019-Rc 566)은 열대 산악지역에 적응하는 고품질 내냉성 자포니카 벼를 개발하기 위해 2019년 육성되었으며 육성 과정 및 주요 특성은 다음과 같다. 1. ‘Cordillera 4’는 열대 산악지역 적응 고품질 내냉성 자포니카 품종 육성을 목적으로 필리핀 소재 국제미작연구소 (IRRI)에서 농촌진흥청 파견 연구원 주도로 ‘97 건기에 필리핀 국제미작연구소에서 ‘Jinmibyeo’와 ‘SR18977-2-7-2-TB-1’ 을 교배한 후 계통육종법으로 육성된 품종이다. 2. 1998년 우기에 F1세대로 부터 얻은 종자를 이용하여 F4 세대까지 계통을 전개하는 과정에서 선발된 ‘IR73699-82-3’계통을 대상으로 2000~2001년 2년간 생산력 검정과 2007~2009 년, 2015~2016년에 각 2회 지역적응시험을 실시한 결과 그 우수성이 인정되어 2019년에 필리핀 벼 품종심의위원회에서 필리핀 현지명칭인 ‘NSIC 2019 Rc 566’로 선정하고 ‘Cordillera 4’ 로 명명되었다. 3. ‘Cordillera 4’는 파종부터 수확까지 생육일수가 145일인 중생종으로, ‘PSB Rc 96’보다 간장은 크고, 수장은 작으나 포 기당 이삭수는 비슷하다. 현미천립중은 28.3 g으로 ‘PSB Rc 96’보다 무거운 중립종이다. 4. 병해충 반응은 도열병, 잎집무늬마름병, 흰잎마름병, 퉁그로바이러스에는 약하다. 벼멸구와 애멸구 등 충해 저항성은 없으나 이화명충의 일종인 white stemborer에는 ‘PSB Rc 96’과 비슷하게 강한 편이다. 5. ‘Cordillera 4’의 입형은 중립종이고 완전미 도정수율이 64%로 ‘PSB Rc 96’보다 높았으며, 필리핀 소비자 300명을 대상으로 쌀과 밥맛에 대하여 각각 선호도를 조사한 결과, ‘Cordillera 4’가 대비품종인 ‘PSB Rc 96’보다 쌀에서는 94.6%, 밥맛에서는 100%로 현저하게 높게 나타났다. 6. ‘Cordillera 4’의 쌀수량은 필리핀 지역적응시험을 2회로 나누어 추진한 결과, 첫번째에는 평균 2.5MT/ha로 대비품종 ‘PSB Rc 96’보다 30% 높았으며, 두번째에 시험한 결과 평균 3.6MT/ha로 2회 모두 표준품종인 ‘PSB Rc 96’ 보다 안정적으로 높은 수량을 나타냈다. ‘Cordillera 4’ is a medium-maturing japonica rice variety adaptable to the tropical mountainous region. It was developed from a cross between ‘Jinmibyeo’ and ‘SR18977-2-7-2-TB-1’ by the Korea (RDA)-International Rice Research Institute (IRRI) cooperative breeding program at IRRI in 1997. The growth duration of ‘Cordillera 4’ was 145 days from sowing to harvest, which is similar to that of the check variety ‘PSB Rc 96’. The culm length of ‘Cordillera 4’ was 84 cm, and 1,000-grain weight of brown rice was 28.3 g. ‘Cordillera 4’ was moderately resistant to blast, bacterial blight, tungro virus, and brown planthopper. The milled rice recovery rate of ‘Cordillera 4’ was higher than that of ‘PSB Rc 96’. The head rice rate of ‘Cordillera 4’ was significantly higher than that of ‘PSB Rc 96’. The yield potential of ‘Cordillera 4’ was on an average 2.5MT/ha of milled rice in three areas of Philippines in the first trial and 3.6 MT/ha of milled rice in four areas in the second trial. ‘Cordillera 4’ was registered in Philippines and would be adaptable to diverse regions of tropical Asia (Registration No. in Philippines. BPI-NSIC- 2019-Rc 566).

열대지역 적응 고품질 자포니카 벼 신품종 'Japonica 7'

정오영,이점식,Maurene Bombay,Gideon Torollo,Thelma Padolina,Rustum Braceros,Lenie Pautin,백만기,안억근,현웅조,박현수,정종민,조준현,이정희,조수민,여운상,정응기,김춘송,서정필,김보경,이점호,박동수 한국국제농업개발학회 2020 韓國國際農業開發學會誌 Vol.32 No.2

‘Japonica 7’ is a early maturing japonica rice variety adaptable to tropical region, which was developed from a cross between ‘Japonica 2’ and ‘IR11K233’ by a Korea (Rural Development Administration, RDA) - International Rice Research Institute (IRRI) cooperative breeding program at IRRI in 2020. The growth duration of ‘Japonica 7’ was 111 days from sowing to harvest, which is similar to that of the check variety ‘MS 11’. The culm length of ‘Japonica 7’ was 74.5 cm, and 1,000-brown rice grain weight was 23.3 g. ‘Japonica 7’ is moderately resistant to blast and bacterial blight but susceptible to tungro virus and brown plant hopper. The milled rice recovery rate of ‘Japonica 7’ was similar to that of ‘MS 11’. The head rice rate of ‘Japonica 7’ was significantly higher than that of ‘MS 11’. Average yield of ‘Japonica 7’ was 3.03 MT/ha of milled rice in 5 areas of the Philippines. ‘Japonica 7’ was registered in Philippines and can be adaptable to the diverse regions of tropical Asia (Registration No in Philippines. BPI-NSIC-2019-Rc 584). ‘Japonica 7’(Registration No. BPI-NSIC-2019-Rc 584)은열대지역에 적응하는 고품질 다수성 자포니카 벼를 개발 하기위하여 2020년 육성되었으며 육성 과정 및 주요 특성은 다음과 같다. 1. ‘Japonica 7’은 열대지역 적응 고품질 자포니카 다수성품종 육성을 목적으로 필리핀 소재 국제미작연구소 (IRRI)에서 농촌진흥청 파견 연구원 주도로 2012년 건기에 필리핀 국제미작연구소에서 ‘Japonica 2’와 ‘IR11K233’를 교배한 후 계통육종법으로 육성된 품종이다. 2. 2012년 우기에 F1세대로 부터 얻은 종자를 이용하여 F6 세대까지 계통을 전개하는 과정에서 선발된 ‘IR101055-52-2- 1-2-2’ 계통을 대상으로 2017~2018년 2년간 우기 및 건기 각2회 지역적응시험을 실시한 결과 그 우수성이 인정되어 2020 년에 필리핀 벼 품종심의위원회에서 장려품종으로 선정되고‘Japonica 7’으로 명명되었다. 3. ‘Japonica 7’은 파종부터 수확까지 생육일수가 111일인조생종으로, 간장과 수장, 포기당 이삭수는 ‘MS 11’과 비슷하다. 등숙률은 89%로 ‘MS 11’보다는 낮은 편이나 ‘Japonica 1’ 보다는 높았다. 현미천립중은 23.3g으로 ‘MS 11’과 비슷한중립중이다. 4. 병해충 반응은 도열병과 잎집무늬마름병 및 흰잎마름병에는 중도저항성이나 퉁그로바이러스에는 약하다. 벼멸구와 애멸구에는 중도 또는 감수성이었으나 이화명충의 일종인 White stemborer에는 ‘MS 11’과 비슷하게 강한 편이다. 5. ‘Japonica 7’의 곡립은 중립종이고 완전미 도정수율이58.8%로 ‘MS 11’보다 높았으며, 필리핀 소비자 선호도는‘Japonica 7’이 대비품종인 ‘MS 11’ 보다 쌀에서는 75.6%, 밥맛에서는 81.1%로 현저하게 높게 나타났다. 6. ‘Japonica 7’의 수량은 필리핀 지역적응시험 평균 3.03 MT/ha로 대비품종 ‘MS 11’보다 17% 높았으며 시험한 전지역에서 전반적으로 표준품종인 ‘MS 11’보다 전 지역에서 안정적으로 높은 수량을 나타냈다.

QTL for the iron and zinc contents of the milled grains of a doubled-haploid rice (Oryza sativa L.) population grown over two seasons

O-Young Jeong,Maurene Bombay,Sumin Jo,Melanie Banzon Ancheta,Jeom-Ho Lee 한국작물학회 2020 Journal of crop science and biotechnology Vol.23 No.4

Identifying iron- and zinc-related quantitative trait loci (QTL) with consistent effects across environments and genetic backgrounds is necessary to develop rice varieties with high grain iron content (GIC) and grain zinc content (GZC). In this work, a doubled haploid population was developed through a cross between the Korean japonica cultivars Goami 2 and Hwaseonchal and phenotyped during the 2018 wet season (POP2018) and 2019 wet season (POP2019). The milled rice grains of POP2018 and POP2019 were used to identify GIC- and GZC-related QTL that was consistent between years. Digenic interactions and genes that affected GIC and GZC were also identified. Paired sample t test revealed that the GIC of POP2018 was not significantly diff erent from that of POP2019 (t = 0.24, p =0.81), whereas the GZC of POP2018 was significantly different from that of POP2019 (t = − 4.35, p =0.00). Three moderate-effect (phenotypic variance [PVE] < 10.00%) GIC- and GZC-related QTL that were consistent between POP2018 and POP2019 were identified through inclusive composite interval mapping: qFe9, qFe11 , and qZn7. All three QTL originated from the inferior parent Hwaseonchal. Epistasis analysis revealed that the GIC and GZC of POP2018 and POP2019 were affected by 79 significant digenic interactions with moderate and minor effects. By contrast, GZC was unaffected by digenic interactions. An interaction between loci on chromosomes 1 and 5 provided the highest contribution to the PVE (13.72%) for GIC. Candidate gene analysis revealed that 12 genes related to iron and zinc homeostasis or that require iron or zinc as ligands colocated with qFe9, qFe11, and qZn7. The QTL and epistatic regions identified here may be useful for developing rice varieties with high GIC and GZC in their milled grains.

열대지역 적응 고품질 자포니카 벼 신품종 'Japonica 6'

정오영,Gideon Torollo,Maurene Bombay,백만기,안억근,현웅조,박현수,정종민,조준현,이정희,여운상,이점식,정응기,김춘송,서정필,김보경,이점호 한국국제농업개발학회 2019 韓國國際農業開發學會誌 Vol.31 No.3

‘Japonica 6’ is a japonica rice variety developed from a cross between ‘MS11’, the beginning variety adaptable to tropical region, and ‘IR86743-28-1-4’, an elite line of high yield and good plant type by a Korea(RDA)-IRRI cooperative breeding program at IRRI in 2017. The growth duration of ‘Japonica 6’ is 121 days from sowing to harvest. It is 10 days later than that of the check variety ‘MS11’. The culm length of ‘Japonica 6’ is 70 cm, and 1,000-brown rice grain weight is 26.7 g. It has a shorter culm and a larger grain. size than that of MS11. ‘Japonica 6’ is moderately resistant to blast disease but susceptible to bacterial blight, tungro virus and plant hoppers. The milled rice recovery rate of ‘Japonica 6’ is improved than that of ‘MS11’. The head rice rate of ‘Japonica 6’ is significantly higher than that of ‘MS11’. Yield of ‘Japonica 6’ is averagely 3.59 MT/ha of milled rice in 5 areas of the Philippines. The ‘Japonica 6’ was registered in Philippines and would be adaptable to the diverse regions of tropical Asia (Registration No in Philippines. BPI-NSIC-2017-Rc 484SR). ‘Japonica 6’(Registration No. BPI-NSIC-2017-Rc 484SR) 은 열대지역에 적응하는 고품질 다수성 자포니카 벼를 개발하기 위하여 육성되었으며 육성 과정 및 주요 특성은 다음과같다. 1. ‘Japonica 6’는 열대지역 적응 고품질 자포니카 다수성품종 육성을 목적으로 2010년 필리핀 소재 국제미작연구소(IRRI)에서 농촌진흥청 파견 연구원 주도로 인공교배와 계통육종법으로 육성된 품종이다. 2. 인공교배와 계통육성은 국제미작연구소 온실과 육종포장에서 실시하였고 열대기후에서 생육과 임실이 안정적인IR94746-24-3-2-2-2을 선발하여 2015~2016년 2년간 우기 및건기 각 2회 지역적응시험을 실시한 결과 그 우수성이 인정되어 2017년에 필리핀 벼 품종심의위원회에서 장려품종으로 선정하였다. 2. ‘Japonica 6’은 파종부터 수확까지 생육일수가 121일인중생종으로, 간장은 70 cm, 이삭길이는 21 cm, 주당 이삭수16개였으며, 현미 천립중이 26.7 g으로 단원형 중대립이다. 3. ‘Japonica 6’의 병해충 반응은 도열병과 잎집무늬마름병에서 중도 저항성을 보였으나, 흰잎마름병, 퉁그루바이러스, 멸구류에는 저항성이 없다. 4. ‘Japonica 6’의 도정특성 중 도정률은 73.0%로 대비품종인 ‘MS11’보다 높았고 완전미도정수율은 64.2%로 ‘MS11’보다 유의하게 개선되었다. 5. ‘Japonica 6’의 쌀수량은 필리핀 5개 지역에서 지역적응시험 결과 평균 3.59 MT/ha으로 대비품종 ‘MS11’보다 43% 높았다.

Evaluation of the optimal harvest time of rice ( Oryza sativa L.) with different grain shapes grown in the Philippines

O-Young Jeong,Man-Kee Baek,Maurene Bombay,Melanie Banzon Ancheta,Jeom-Ho Lee 한국작물학회 2020 Journal of crop science and biotechnology Vol.23 No.5

Rice ( Oryza sativa L.) grains are classifi ed as long, medium, or short on the basis of their shapes. Long-grained rice cultivars belong to the indica subspecies, whereas short-grained rice cultivars are members of the japonica subspecies. Medium�grained cultivars may be members of either subspecies. Japonica cultivars are typically grown in temperate climates. The Grain Utilization Value Added Project, a collaborative eff ort between the International Rice Research Institute and the Rural Development Administration, Republic of Korea, has made eff orts to develop japonica cultivars that are adaptable to the tropical climate. In this work, diff erences in grain fi lling characteristics (yield, head rice, and grain dimensions) among the three grain shape groups were identifi ed. Moreover, the optimal harvest time of the tropically adapted japonica culti�vars MS11, Japonica 1, Japonica 2, Japonica 6, and Japonica 7 grown in the Philippines during the 2019 wet season was determined. The optimal harvest time of long-grained indica cultivars was determined as 30–35 days after heading (DAH) on the basis of paddy rice and head rice yields. The optimal harvest time of long-grained cultivars was earlier than that of medium-grained and short-grained cultivars (35–40 DAH). The tropically adapted japonica cultivars investigated here retained the good yield traits and head rice ratio of its ancestor Jinmibyeo, a temperate japonica cultivar. These traits may be attributed to japonica ’s dependence on longitudinal and latitudinal growth in contrast to the dependence of long-grained indica cultivars on longitudinal growth only.

Review of rice in Korea: current status, future prospects, and comparisons with rice in other countries

정오영,박현수,백만기,김우재,Geon-Mi Lee,이창민,Maurene Bombay,Melanie Banzon Ancheta,이점호 한국작물학회 2021 Journal of crop science and biotechnology Vol.24 No.1

Rice has been grown as a staple food in South Korea for several millennia. However, its status has not stayed constant as a result of changes in South Korean culture and government policies. Nevertheless, the preference of South Korean consumers for japonica rice has remained consistent over the known history of the country. Despite having achieved self-sufficiency in rice production in the 1970s, the South Korean rice market faces several challenges, such as declining rice consumption. This brief review provides an overview of the trends and infl uencing factors of rice production and consumption in South Korea, as well as suggestions for increasing rice consumption and securing rice production in the country.