Salinity Tolerance of Some Cotton (Gossypium species) Genotypes to Elevated Nacl levels at Germination and Seedling Stages

기술 요약: 발아 및 유묘 단계에서 높은 NaCl 농도에 대한 일부 면화(Gossypium 종) 유전자형의 염분 내성

문제 제기
토양 염분은 면화 생산을 현저히 감소시키는 중요한 비생물적 스트레스 요인이며, 특히 건조 및 반건조 지역에서 그러하다. 이집트의 경우, 북부 델타 지역 토지의 약 60%, 남부 델타 및 중부 지역의 20%, 그리고 상이집트 지역의 25%가 염류화의 영향을 받고 있다. 면화는 중간 정도의 내염성을 가진 것으로 간주되지만, 높은 염분 수준은 발아, 유묘 출현, 광합성 및 전반적인 생체량을 심각하게 저해한다. 본 연구는 염분이 있는 조건에서도 회복력이 있는 품종을 육성할 수 있는 육종 프로그램을 촉진하기 위해, 기존 면화 유전자원 사이의 유전적 변이를 식별해야 하는 시급한 필요성을 다룬다.

연구 방법
본 연구는 통제된 실험실 조건 하에서 28종의 이집트 면화 유전자형(Giza 시리즈, PimaS6, Suvin, TNB 등 포함)을 평가하였다.

• 실험 설계: 3반복의 완전 무작위 설계(CRD)를 채택하였다.
• 스트레스 수준: 종자는 네 가지 NaCl 농도(0 ppm(대조군), 3000 ppm, 6000 ppm, 9000 ppm)에 노출되었다.
• 측정 형질: 발아 특성(발아율, 발아 속도, 평균 발아 시간, 발아 속도 지수)과 유묘 성장 파라미터(유묘 길이, 지상부 길이, 뿌리 길이, 생체량 및 건조 중량)를 평가하였다.
• 파생 지수: 유전자형을 분류하기 위해 염분 내성 지수(STI)와 염분 회복력 지수(SRI)를 계산하였다.
• 통계 분석: 데이터는 분산 성분을 결정하기 위해 ANOVA(Genstat 소프트웨어)를 사용하여 분석되었다. 유전자 변이 계수(GCV) 및 표현형 변이 계수(PCV), 광의의 유전력($h_b^2$), 유전적 진보(GA%)를 포함한 유전적 파라미터를 추정하였다. 형질 간 상관관계와 유전자형 클러스터링을 시각화하기 위해 R 소프트웨어를 사용하여 주성분 분석(PCA) 및 클러스터 히트맵(UPGMA)을 포함한 다변량 분석을 수행하였다.

주요 결과

• 염분의 영향: 높아진 NaCl 농도는 대부분의 발아 및 유묘 형질에서 유의미한 감소를 일으켰다. 9000 ppm 농도는 특히 발아 속도 지수(48.10% 감소)와 뿌리 길이(47.17% 감소)에서 가장 심각한 감소를 초래하였다. 반대로, 평균 발아 시간과 유묘 건조 중량은 스트레스 하에서 증가하거나 최소한의 감소를 보였는데, 이는 일부 유전자형에서 지연되었으나 잠재적으로 회복력 있는 생리적 반응을 나타낸다.
• 유전자형 변이: 28개 유전자형 사이에서 유의미한 차이가 관찰되었으며, 이는 염분 내성에 대한 유전적 다양성이 존재함을 확인시켜 준다. 유전자형과 염분 수준 사이의 상호작용은 모든 형질에 대해 유의미하였으며, 이는 유전자형이 다양한 스트레스 강도에 따라 다르게 반응함을 나타낸다.
• 내성 분류: 염분 내성 지수(STI)를 기준으로 유전자형을 내성, 중간 내성, 민감성으로 분류하였다.
  • 고내성: Giza 85와 Giza 86은 모든 염분 수준(3000, 6000, 9000 ppm)에서 내성이 있는 것으로 분류되었다.
  • 중간 내성: Giza 75, PimaS6, Giza 67, Giza 88, Gisa 95, Giza 89, Suvin, Giza 69, Giza 74, Giza 92, Giza 36, BBB, Giza 94, Giza 68, 그리고 Sea island는 적어도 두 가지 스트레스 수준에서 내성을 보였다.
  • 민감성: Giza 80, Giza 83, 그리고 6022는 연구된 모든 조건에서 염분에 내성이 없는 것으로 확인되었다.
• 상관관계 및 선택 기준: STI와 발아율(%), 발아 속도 지수(SGI), 유묘 활력 지수 I(SVI), 유묘 활력 지수 II(SVII), 유묘 길이 사이에는 강한 양의 상관관계가 발견되었다. 평균 발아 시간은 STI와 음의 상관관계를 보였다.
• 유전적 파라미터: 발아율(%), 발아 속도 지수, 유묘 길이, 뿌리 길이 및 유묘 활력 지수에 대해 높은 광의의 유전력($h_b^2$)과 높은 유전적 진보(GA%)가 기록되었다. 특히, 유묘 건조 중량과 뿌리 길이와 같은 형질은 9000 ppm 스트레스 수준에서 가장 높은 유전적 진보를 보였으며, 이는 해당 형질들이 가산적 유전자 효과에 의해 조절되며 선택에 적합함을 시사한다.

의의 및 결론
본 연구는 테스트된 면화 유전자형들 사이에 상당한 유전적 변이가 존재함을 결론지으며, 이는 염분 내성을 개선하기 위한 육종 프로그램의 실행 가능한 자원을 제공한다. 저자들은 Giza 85와 Giza 86을 염분이 있는 이집트 토양 재배를 위한 가장 유망한 유전자형으로 식별하였으며, 그 뒤를 Giza 95, Giza 67, 그리고 PimaS6가 이었다.

본 연구는 발아율(%), 발아 속도 지수, 유묘 활력 지수 I, 그리고 유묘 활력 지수 II가 초기 단계의 염분 내성을 위한 가장 효과적인 선택 기준이라고 상정한다. 이 형질들은 STI와 강한 상관관계, 높은 유전력, 그리고 상당한 유전적 진보를 보여주었다. 따라서, 본 논문은 높은 염분 스트레스 하에서 면화의 발아와 유묘 생존을 향상시키기 위해 이러한 특정 형질과 식별된 내성 유전자형을 활용할 것을 권장한다. 이러한 결과는 유전적 이득을 예측하고 염분에 내성이 있는 면화 품종 개발을 가속화하기 위한 마커의 사용을 뒷받침한다.