알아두면 좋은 점: 결실을 맺는 혁신적인 연구 프로젝트

웨스트버지니아 주 키니스빌에 있는 미국 농무부 농업 연구 서비스 애팔래치아 과일 연구소의 고급 게놈, 육종 및 관리 기술을 통한 과일 작물 특성 개선 프로젝트는 5명의 과학자와 7명의 영구 지원 직원으로 구성되어 프루너스, 파이러스 그리고 말루스 과일 나무. 이 장치를 독특하게 만드는 것은 연구 목적으로 과일 나무를 유전적으로 변형한 다음 “실제” 조건에서 어떻게 수행하는지 평가하기 위해 현장 시험을 할 수 있는 세계적 수준의 생명 공학 그룹과 결합된 전통적인 육종 프로그램의 조합입니다.

Chris Dardick이 이끄는 첫 번째 프로젝트는 트리 아키텍처에 중점을 둡니다. 나무 열매 생산 시스템은 현재 최적의 가지 간격과 방향을 달성하기 위해 훈련, 격자, 왜소한 대목에 접목(가능한 경우) 및 가지치기를 포함하여 비용이 많이 드는 원예 조작을 사용합니다. 이러한 노력은 노동 집약적입니다. 대부분의 핵과 재배자들이 알고 있듯이 가지치기만으로 생산 비용의 최대 40percent를 차지합니다. 고밀도 생산 및/또는 기계화에 적합한 과수는 생산 효율성과 수익성을 획기적으로 높일 수 있습니다. 새싹, 잎 및 뿌리의 수, 크기, 위치 및 방향을 비롯한 특정 구조적 특징은 최적화된 식물 모양에 매우 중요합니다.

우리의 발견 IGT genefamily는 이러한 기관의 방향을 제어하는 ​​메커니즘을 이해하는 데 도움이 되었습니다. 우리는 만들었습니다 자두 (유러피언 매실) 두 멤버의 라인으로 IGT 유전자 가족이 변경되었습니다. 결과 나무는 현장에서 지속되는 측면 가지 방향의 명확한 변화를 표시했습니다. 일반적으로, 벚나무 종은 효과적인 훈련/트렐라이징을 하기에는 너무 많은 활력을 가지고 있지만, 우리는 변경된 나무 열 위에 세 개의 와이어 격자를 구성하여 와이어를 따라 수평으로 훈련된 나무를 만들었습니다.

게다가 우리는 다른 IGT 유전자, 그리고 그 결과 나무는 극단적인 직립 성장 습관을 보여주고 2차원적 결실벽 디자인에 대한 가능성을 보여줍니다. 우리는 3~4개의 생장기에 걸쳐 개화 시기, 과일 세트, 과일 크기, 과일 품질, 수확량 데이터 및 가지 각도 표현형을 평가할 계획입니다. 우리와 Michigan State University의 동료들은 재배자 친화적이라고 생각합니다. 벚나무 나무가 수평선에 있습니다.

Ann Callahan이 이끄는 두 번째 프로젝트 영역은 전통적인 육종을 통해 수행되지 않은 온대 과일 작물의 새로운 유전적 변화를 도입합니다. 여기에는 현재 전 세계적으로 발견되는 파괴적인 자두 수두 바이러스에 내성이 있는 형질전환 자두가 포함됩니다. 또한 매화 나무가 성숙하는 데 일반적으로 3~9년이 걸리는 대신 1년생 나무처럼 꽃과 열매를 맺을 수 있도록 하는 시스템을 개발하는 것도 포함됩니다. 이러한 “조기 개화” 계통은 번식을 가속화하는 데 사용할 수 있습니다.

현재 우리는 어떤 과일 조직이 과일의 식용 부분을 만들 것인지를 조절하는 과정을 이해하고 제어하기 위해 초기 과일 개발을 살펴보고 있습니다. 자두, 복숭아, 살구 등과 같은 핵과류의 경우 핵조직을 다육화하거나 제거하는 방법을 연구하고 있습니다. 이 프로젝트는 1890년대 후반에 유명한 육종가인 Luther Burbank가 시작한 돌 없는 자두를 만들기 위한 육종 노력에서 비롯되었습니다. 그는 미라클과 컨텐더라는 두 종류의 자두를 내놓았는데, 이 품종은 아주 작은 초승달 모양이나 돌덩어리만 있었습니다. 이러한 릴리스는 당시에는 성공하지 못했지만 그의 프로그램의 남은 부분이 발견되었을 것입니다. 우리는 씨가 전혀 없는 자두와 미래에는 체리를 개발하기 위해 거의 돌이 없는 표현형을 제어하는 ​​것이 무엇인지 이해하기 위해 지난 20년 동안 이것을 연구해 왔습니다.

Zongrang Liu와 Timothy Artlip이 이끄는 세 번째 프로젝트 영역은 핵과 및 사과의 휴면에 중점을 둡니다. 과수의 개화시기는 유전력이 높은 복합형질이며 주로 냉온조건에 의해 결정된다. 냉각 및 열 요구 특성은 과일 나무의 휴면 종료율, 꽃 발달 속도 및 개화 시간을 조절합니다. 냉장 요건은 일반적으로 늦겨울/초봄에 충족되며, 점점 더 기후 변화로 인한 고온으로 인해 난방 요건도 충족되고 있습니다. 이것은 봄철 서리에 취약한 조기 개화로 이어집니다. 봄 서리 피해 외에도 기후 변화는 겨울의 냉각 기간을 단축시켜 과일 나무 성능에 영향을 미칩니다. 불충분한 냉각은 새싹이 터지는 것을 지연시켜 종종 성장 부진, 착과 불량 및 나무 수명 단축으로 이어집니다.

우리는 핵과와 사과 모두에서 휴면의 중요한 조절자로 확인된 여러 유전자에 관심이 있습니다. 우리는 소위 변경했습니다 댐 어떤 유전자가 휴면 시작뿐만 아니라 식물 및 꽃눈의 냉각 및 열 요구 사항의 조절을 제어하는지 평가하기 위해 유럽 매실의 유전자. 사과도 있다 댐 다른 조절 유전자 세트와 함께 유전자. 이 유전자들은 사과가 낮의 길이보다 온도에 더 민감하다는 점을 염두에 두고 유사한 방식으로 변경될 것입니다. 과일 나무에서 개화 시간이 어떻게 조절되는지 발견하는 것은 변화하는 기후에 과일 생산을 적응시키는 데 중요합니다.

우리의 네 번째 프로젝트 영역은 개선된 핵과, 사과 및 배 품종의 육종입니다. 우리는 뛰어난 풍미 프로필과 거의 30 Brix를 가진 매우 달콤한 천도 복숭아 생식질을 가지고 있습니다. 우리는 중부 대서양 지역에서 증가하는 문제인 세균 반점 저항성을 지닌 상업적 품질의 슈퍼 스위트 천도 복숭아 품종을 생산하는 것을 목표로 합니다. 매우 달콤한 특성의 원인을 이해하면 핵과 풍미를 개선할 수 있는 더 많은 방법을 발견해야 합니다.

또 다른 핵과류 하위 프로젝트는 상업용 품종보다 2~3주 늦게 개화하지만 상업적 품질이 부족한 매우 저온(1,300시간), 매우 늦게 개화하는 복숭아 선택을 포함합니다. 우리는 이른 봄 서리의 위험을 피하는 늦게 개화하는 상업용 품종을 제공하기 위해 이 선택으로 교배를 평가하고 있습니다.

우리의 다섯 번째 프로젝트 영역은 부서의 새로운 사과 유전학자로 고용된 Chris Gottschalk가 이끌고 있습니다. 그는 2020년 미시간주립대학교에서 사과의 2년생 열매 유전학을 연구하여 식물 육종, 유전학 및 생명공학 박사 학위를 취득했습니다. 그의 새로운 연구 프로그램은 이과 생산, 과일 품질 및 유전적 다양성에 대한 그의 관심을 반영합니다.

현재 그의 프로그램은 세 가지 주요 목표에 초점을 맞추고 있습니다. 첫 번째: 과일 생산, 비생물적 스트레스 탄력성 및 과일 품질을 제어하는 ​​유전학을 조사합니다. 이 목표에는 개화시기, 연생, 열 및 가뭄 내성, 과일 산도, 색상, 탄닌 함량, 질감, 모양 및 단맛.

Gottschalk가 연구하고 있는 생식질의 대부분은 유전자형 정보가 부족합니다. 그것은 그의 두 번째 목표인 새로운 게놈, 트랜스크립톰 및 재배열 데이터를 포함하는 사과를 위한 새로운 게놈 자원 개발로 이어집니다. 궁극적으로 그의 첫 번째와 두 번째 목표는 그의 세 번째 목표인 사과접순 예비육종 및 배접순 육종 프로그램을 이끄는 것과 통합됩니다. 육종 프로그램은 질병 저항성 사과 육종 재료와 새로운 배 품종을 개발하기 위한 두 전임자의 노력의 연속입니다. 이제 초점은 이러한 질병 저항성 유전학을 유지하면서 그의 첫 번째 목표와 관련된 새로운 특성을 통합하고 궁극적으로 출시 가능한 품종과 사전 육종 라인을 개발하는 것입니다.

—Chris Dardick, Ann Callahan, Zongrang Liu, Timothy Artlip 및 Chris Gottschalk 작성

Chris Dardick은 분자 생물학자이자 미 농무부 애팔래치아 과일 연구소의 과일 작물의 유전적 개량 부문 수석 과학자입니다. Zongrang Liu는 연구 분자 생물학자, Timothy Artlip은 식물 생리학자, Ann Callahan과 Chris Gottschalk는 연구 유전학자입니다.