농업직, 농촌지도사, 농업연구사, 방통대 시험대비 재배식물 육종학 정리 4. 집단의 유전변이와 선발

4. 집단의 유전변이와 선발

 

■ 학습개요 
식물육종은 유전변이가 있는 집단에서 원하는 유전자형을 선발하여 신품종으로 육성하는 과학기술이다. 유전변이는 자연변이를 이용하기도 하지만 주로 인공교배에 의한 유전자재조합을 통해 작성된다. 변이집단의 유전적 특성은 자식성 식물과 타식성 식물에 따라 다르다. 자식성 집단은 동형접합성이 높고 타식성 집단은 잡종강세가 크게 나타난다. 육종가는 집단의 유전구성이 어떻게 변화하는지, 그 집단에 어떤 유전자형이 얼마나 포함되어 있는지, 그리고 선발반응은 어떻게 나타나는지를 파악하고 있어야 한다.

■ 학습목표
자식성 집단과 타식성 집단의 유전적 특성을 설명할 수 있다.

근교약세와 잡종강세의 원인을 설명할 수 있다.

집단크기가 선발에 미치는 영향을 설명할 수 있다.

도태와 선발의 차이를 설명할 수 있다.

■ 주요용어
유전적 평형 : 세대가 진전하더라도 집단의 대립유전자빈도가 일정하게 유지되는 상태

유전획득량 : 선발을 통해 집단이 유전적으로 진전된 정도. 선발반응이라고도 함

잡종강세 : 1대 잡종의 생육과 수량성 등이 양친보다 우수한 현상

유전적 부동 : 소규모집단에서 유전자빈도가 무작위적으로 변화하는 것

실현유전력 : 선발차에 대한 유전획득량의 비율

■ 목차

01자식성 식물의 유전 
02타식성 식물의 유전 
03목표형질의 선발 
04선발효과와 한계 

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1. 자식성 식물의 유전

1) 자식성 집단의 유전자형 빈도

 

 

2) 자식성 집단의 유전자 변화

유전변이 메커니즘
⚫ 자연돌연변이
⚫ 타가수분
⚫ 이형접합체의 적응도

자연돌연변이
⚫ 각 유전자자리에서 평균 2-5~10-6의 빈도
⚫ 생존 및 번식에 불리한 돌연변이체 도태
⚫ 돌연변이체의 생존
→ 적응성 높은 돌연변이체
→ 이형접합체(Aa)에 있는 열성돌연변이

❖ 타가수분
⚫ 환경적, 유전적 원인에 의한 타가수분(약 4% 이하)과 도입유전자에 의한 유전변이 발생
⚫ 타식으로 인한 이형접합체는 잡종강세와 같은 헤테로 우위성을 보임
⚫ 농가에서 오랜 기간 재배된 벼, 보리, 콩 등의 자식성 식물의 지방종은 여러 유전자형의 동형접합성
집단임

❖ 헤테로 우위성(heterozygous advantage)
⚫ 잡종강세처럼 생육이 왕성하고 종자생산 능력이 우수한 특성

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2. 타식성식물의 유전

1) 타식성 집단의 유전자형 빈도

❖ 하디-바인베르크 법칙
⚫ 개체들간에 무작위 교배가 이루어지는 멘델 집단은 세대가 경과하더라도 처음의 대립유전자 빈도와
유전자형 빈도는 변하지 않음

 

 

❖ 하디-바인베르크 법칙의 전제조건★

1 유전적 부동이 없어야 함
2 무작위교배가 이루어져야 함
3 서로 다른 집단 사이에 이주가 없어야 함
4 자연선택이 없어야 함
5 집단 내에 돌연변이가 없어야 함

2) 근교(자식)약세

❖ 근교약세(inbreeding depression)
⚫ 타식성 식물의 인위적 자식이나 근친교배를 통해 획득한 식물체에서 생육이 빈약하고
수량성이 떨어지는 현상
⚫ 이형접합체에 잠재된 열성유전자가 자식에 의해 분리됨

 

 

3) 잡종강세

❖ 잡종강세(hybrid vigor, heterosis)
⚫ 이형접합체(F1)가 양친보다 왕성한 생육을 나타내는 현상
⚫ 타식성 식물에서 자식성 식물보다 잡종강세 현상이 크게 나타남
⚫ 하이브리드 육종 : 잡종강세를 이용하는 육종

 

 

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3. 목표형질의 선발

1) 주동유전자 선발과 도태

❖ 선발(selection, 도태)
⚫ 선발
→ 우량한 개체나 집단을 뽑을 때
⚫ 도태
→ 열악한 개체나 집단을 제거할 때

❖ 우성유전자의 도태
⚫ 분리집단에서 우성형질을 제거하면 우성유전자를 모두 도태시킬 수 있음

❖ 열성유전자의 도태
자식성 작물
• 이형접합체(Aa)의 반복된 자식으로 열성 동형접합체(aa)의 도태
• 이형접합체의 적응성이 높은 경우는 완전도태가 어려움

타식성작물
• 연속된 타식으로 열성 동형접합체(aa)의 빈도가 매우낮음
• 타식성 식물은 열성유전자의 도태와 생성이 균형을 이루며 집단에 잔존함

2) 양적형질의 선발반응

 

 

❖ 유전획득량과 실현유전력

 

 

3) 복수형질의 선발

❖ 상관반응
⚫ 표현형 상관(phenotypic correlation)
→ 유전상관(genetic correlation)
→ 환경상관(environmental correlation)

⚫ 유전상관
→ 유전자의 연관, 다면발현, 상위성, 선발효과 등 관여
⚫ 환경상관
→ 식물재배, 기상, 토양 등 환경조건이 관여

❖ 순차적 선발
⚫ 분리집단에서 복수형질을 선발할 때 선발이 쉬운 형질이나 중요한 형질부터 차례대로 선발하는 방법

 

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4. 선발효과와 한계

1) 선발효과

❖ 식물육종
⚫ 유전변이를 포함하는 집단으로부터 원하는 형질의 유전자형을 선발 신품종으로 고정하는 것

 

 

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■ 정리하기
자식성 식물은 자식에 의해 이형접합체가 감소하고 동형접합체가 증가하므로 자식성 집단은 동형접합성이 높다. 그러나 자연 돌연변이, 타가수분, 헤테로 우위성 등으로 인하여 자식성 집단은 많은 유전변이를 보유한다.

타식성 식물은 집단이 충분히 크고 돌연변이와 자연선택이 없으며, 다른 집단과 유전자 교류가 없는 한 그 집단의 최초 유전자빈도와 유전자형 빈도는 세대를 진전하여도 변동하지 않는다.

타식성 집단은 이형접합성이 높고, 유전변이가 크며, 근친에 의한 자식약세를 보이며, 잡종강세가 나타난다.

집단크기는 집단의 성질에 영향을 미친다.

목표형질을 효과적으로 선발하기 위해서는 특성검정을 해야하며, 종합적 선발방법의 개발이 중요하다.

 

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