임목육종의 기초이론

임경빈등 1986.임목육종학.향문사 Wikipedia. 2014. gene.

유전체연구사업단.2012. Epigenetics.

1. 세포의 구조와 기능

• 세포는 생물체를 구성하는 최소단위 • 식물세포는 세포벽을 갖고 있음(동물엔 무 ) • 세포의 증식주기 : • G1기 S기 G2기 M기(전기,중기, 후기, 종기로 구분)

G1(gap: 간기), S(DNA합성기), G2, M(세포분열기)

2. 세포의 분열

• 체세포분열 - 체세포가 핵상의 변화없이 분열하는 과정 - 2n 2n

• 환원분열(감수분열) 체세포에서 생식세포가 형성될 때, 염색체수가 2n n으로 염색체수가 반으로 되면서 분열하는 과정

생식

• 무성생식 - 무배생식(apogamy)- 반족세포나 조세포(난세포이외의 핵) 가 배를 형성

- 단성생식(처녀생식; parthenogenesis)-난세포단독으로 배형성

- 무핵난생식- 핵을 잃은 난세포의 세포질 속으로 웅핵이 들어가 단독으로 발육하여 배를 형성함

- 위잡종- 생식핵의 융합없이 접합자를 형성

- 위수정- 다른 화분의 자극을 받아 난세포가 자람

- 영양생식- 접목, 삽목, 휘묻이, 취목, 조직배양

• 유성생식 – 난세포(암)와 정핵(수)이 결합하여 자손을 생산

유성생식과정

• 화분형성(수) • 배낭형성(암) • 수분(화분이 암꽃의 주두까지 이동함) • 수정 – 정핵과 난세포가 결합, 수정난 형성 • 배형성-수정난이 생장하여 접합자배로 되고 배로 성숙함

• 종자형성(열매 결실)- 배유가 형성되어

유성생식에서 문제

• 웅성불임-웅성기관의 이상- 제웅작업 생략가능

• 자가불화합성 –자웅 양성기관이 정상인 양성화 또는 자운동체의 단성화에서 자가수분에 의해 종자가 생기지 않는 형상

- 자웅이숙(웅예선숙, 자예선숙) - 장벽수정 • 교잡불화합성(=교잡불친화성)-품종간, 종간, 속간에 수정이 되지 않는 현상

유전자(gene)

• 상동염색체: 보통 생물의 염색체는 부계와 모계에서 한 세트씩의 염색체를 받아 이루어짐. 이 때 서로 상대되는 염색체를 상동염색체라고 함.

• 대립유전자: 유전자는 상동염색체에 상대되는 위치에 존재하며 이를 대립유전자라 함

• 유전자는 알파벳으로 나타내며 우성을 대문자로 열성을 소문자로 나타냄(A a , B b)

Gene Expression

DNA의 구조

Gene Expression

Translation

Gregor Mendel

Punnette Square

퓨넷 스퀘어(punnette square) 9:3:3:1

AB Ab aB ab

AB AABB AABb AaBB AaBb

Ab AABb AAbb AaBb Aabb

aB AaBB AaBb aaBB aaBb

ab AaBb Aabb aaBb aabb

비대립유전자간의 관계

보족유전자

• 유전자자리를 달리하는 2쌍 이상의 대립유전자가 서로 상호 작용함으로써 하나의 새로운 표현형을 만드는 유전자

• Bateson(1906) sweet pea • 흰꽃 CCrr * ccRR • F1: 자색 CcRr • F2: 자색(9CR)과 백색(3Cr,3cR, 1cr)이 9:7로 분리 이때 C는 색원소, R는 효소

중복유전자(duplicate gene)

• 하나의 형질을 나타내는데 2종이상의 유전자가 같은 방향으로 작용하는 유전자

• Shull(1914) 냉이(Capsella)의 삭과형 • 부채꼴(CCDD) x 창꼴(ccdd) • F1: 부채꼴 (CcDd) • F2: 부채꼴(9CD+3Cd+3cD)과 창꼴(1cd)이

15:1로 분리

복수유전자(multiple gene)

• 2종이상의 대립유전자가 그 작용방향과 작용력이 같으며 유전자의 수효에 따라 표현하는 형질의 정도에 차이가 생기게 하는 유전자

• 보리의 종자 입색- 백색(p1p2) x자색(P1P2) • F2: 농자색(9 P1P2):자색 (3P1p2+3p1P2):백색(p1p2)이 9:6:1로 된다.

억제유전자(inhibitor or suppressor)

• 2쌍이 대립유전자 중에서 한쪽이 다른 쪽을 억제하여 형질이 발현되지 못하게 하는 경우

• 예: 누에의 흰 고치(IIyy)와 노랑고치(iiYY)를 교잡하면 F1에서는 모두 흰 고치(IiYy)이고

• F2: 흰고치(9IY+3Iy+iy) 노랑고치(3iY) 가 13:3으로 분리.

• I 가 억제유전자로 작용

상위유전자. 하위유전자

• 2쌍의 대립유전자중 한쪽이 다른 한쪽의 형질발현을 억제하는 경우

• 억제하는 쪽을 상위(epistasis) • 억제 당하는 쪽을 하위 (hypostasis)라 함 • 관상호박(Cucurbita)의 과피색 • 백색종(WWYY)과 녹색종(wwyy)을 교잡 • F1: 백색종(WwYy) • F2: 백색(9WY+3Wy): 황색(3wwYy): 녹색

(1wwyy) 이 12:3:1로 분리:W가 Y에 대해 상위

열성유전자가 상위에 있을 경우

• 쥐의 털 빛깔의 예 • CCAA는 회색이고 , CCaa는 흑색이며

ccAA는 ccaa와 같이 백색이 되고 c가 A에 대하여 상위이다.

• F2에서는 12:3:4의 비율로 나타남

변경유전자

• 단독으로는 형질발현에 작용을 못하지만 주동유전자와 공존할 때는 그 작용을 변경시키는 유전자

• 예: 포유류의 털색 • 흑색주동유전자가 열성변경유전자에 의하여 회색:갈색:황색 이 9:3:4로 담색화되어 분리

변 이

Variation

• 세상에 똑같은 생물은 없다 • No two are like • Walter • ” The most invariable thing in nature is

variation” • 형태적, 생리적, 유전적

변이(variation)란

• 자손이 양친과 형질을 다르게 나타내는 현상. 종간의 교잡 또는 자식에 의하여 자손이 형성됨(상이현상).

• 변이성(variabiltity) :생물이 변이를 나타내는 성질.

• 유전과 대응되는 개념(유사현상) • 변이는 차이를 나타내게 하므로 선발을 가능하게 하고 육종의 기본을 제공한다.

변이의 종류와 원인

• (1) 변이의 종류 사토(佐䕨)의 분류 1)발생 기관 • 영양기관- 수관, 줄기, 뿌리, 잎 • 생식기관- 구과, 종자, 꽃 2) 변이의 상태 연속변이 불연속변이- 아조변이(芽條變異) 돌연변이

3) 변이의 분량 • 대변이 • 소변이 4) 변이의 성질 • 정성적 변이:성질상 • 정량적 변이: 성질의 정도(분량과 크기) • 물질상 변이: 질의 변이 • 조직상 변이: 조직의 변이

5) 변이의 본질 • 형태적: 형상, 크기, 구조 • 생리적: 생장력, 생장기간, 병충해 • 생태적: 햇빛, 수분, 온도, 열, 토지 등 6) 유전성 유무 • 유전성 변이-자손대에도 계속하여 나마나는 변이(돌연변이, 아조변이)

• 비유전성변이: 개체 1대에서만 나타나는 변이

7) 변이가 일어나는 구역에 의한 구별 일반변이: 개체군 전체에 나타나는 변이 개체변이: 각 개체에서만 나타나는 변이 국소변이: 동일한 성질이 그 착생부분에 따라 정도를 달리하는 변이

아조변이: 불연속적인 것 8) 변이가 일어나는 장소에 의한 구별 • 체세포: 수체상의 변이 • 생식세포: 생식세포상에 나타나는 변이

9)원인에 의한 구별 • 선천적변이: • 후천적변이: 10) 유래에 의한 구별 • 유발변이: 외계의 영향 • 환경변이: 환경의 작용 • 영양변이: 영양관계에 의하여 야기 • 교배변이: 인공적,자연적 교배에 의함 • 돌연변이: 알 수 없는 원인에 의함

11)효용에 의한 구별 • 유용변이: • 무용변이: 관계없는 변이 • 유해변이: 유해한 변이(기관의 퇴화 등) 12) 기타의 변이 • 영속적 환경변이 • 기형변이 • 방황변이

유전성 변이- 돌연변이(突然變異);

• 교잡과 관계없이 어떤 원인에 의해 양친과 다른 형질을 가진 개체가 갑자기 나타나는 현상

• 돌연변이: 드브리스가 처음 사용: 달맞이꽃에서 돌연변이체 발견. 명명

- 인위적 돌연변이를 유발하는 원인: 방사선,화학물질, 온도, 원심력, 전기, 초음파, 삼투압, 상해, 병충해.

유전성 변이-교잡변이(交雜變異)

• 교잡변이(交雜變異 ): 교잡의 결과 잡종이 된 자손 개체간에 볼 수 있는 현상. 유전법칙에 의해 일어남.

• 교잡 육종에 이용

유전성 변이-아조변이(芽條變異)

• 체세포 돌연변이의 일종. 식물의 생장점 세포에 돌연변이가 일어나 이것이 발달하여 커진 가지가 새로운 형질을 나태내는 현상.

• 예: 조생온주는 온주밀감의 아조변이에서 기원된 조숙성 품종임.

• 사과의 Richard Starkling 등은 Delicious에서 파생한 아조변이에서 나옴

비유전성 변이-온도(溫度)

• 임목에 가장 현저한 영향을 끼침 • 기온, 수온, 지온 • Vant Hoff의 식 K t+10 /Kt= Q10

• K: 반응속도 항수, t+10: , t로부터 10C 만큼 높은 온

도, /Kt= Q10 t: 온도

비유전성 변이-습도(濕度)

• Klein : 중부유럽 – 공기중의 습기가 지중의 습기량 보다 수형에 영향을 더 미친다.

• 습윤한 공기중에 있는 수관은 건조한 공기중에 있은 수관보다 일반적으로 크다.

• Mayr- 공기중의 습기량이 수고를 크게하며 세장하게 한다-가시서양골담초(Ulex europaus)

• Lothelier- 건생식물인 가시서양골담초를 수증기가 포화된 공기중에서 재배한 결과 수많은 엽록이 발생한다고 하였다.

비유전성 변이-광선(光線)

• 식물은 햇빛의 필요성이 동물보다 한층 크다.

• Garner- 밤낮의 길이 – 개화 결실에 영향 • Busgen- 햇빛이 분지방향 결정 • Engler- 향일성에 의해 양수와 음수가 나타난다

• 개방지 나무- 수관이 넓고 한쪽에서 햇빛을 받으면 수관이 한쪽으로 발달.

비유전성 변이-영양(營養)

• 비옥한 토지- 수관이 잘 발달 • 척악지- 줄기가 짧고 수관이 조잡

• 上木 – 토양의 종류에 따라 수형이 다르다 • Hlif – 토양의 비옥도가 수목의 근계에 크게 영향을 준다

비유전성 변이-장소(場所)

• 소나무 • 미립의 부식 함유 사질지- 부직근 많음 • 척악지, 사질토양- 부직근 적음

• 가문비나무 • 부식사질지 건조심한 사질 토양 –다수의 지근 발달- 천근성 수종 성질 상실