Introduction

나리는 전체 절화류 출화량의 약 5%를 차지하고 있는 화훼 작목으로 국내에서는 인제, 제주, 강릉, 서산 등을 중심으로 주로 오리엔탈 나리를 재배하고 있다(Kati 2016). 나리의 수출 액은 9,328천$로 2015년 전체 수출액 1위(전체 수출액의 32.8%)로 기록되었다(MIFAFF 2016). 국내 생산 나리의 주요 수출국은 세계 3대 화훼 소비권인 일본으로 2000년(44.6%)부 터 2010년(95.2%)까지는 지속적으로 증가하는 소비추세를 나 타냈으나(Park and Kwon 2010) 최근 일본의 엔화 약세와 지 속되는 소비위축의 이유로 대 일본 수출이 감소하였다. 또한, 절화용 구근은 네덜란드 등으로부터 수입에 의존하고 있는 실 정으로 종구 구입비가 국내 나리생산농가 경영비에 큰 비중으 로 차지하고 있다. 또한 수출가격의 불안정한 상황에서 국내 농가에서 수출용 고급 대륜 구근의 식재를 기피하고 내수 출 하를 선호하고 있는 있으며 한국산 절화나리의 품질 저하 등 의 이유는 나리 수출에 제한요인이 되고 있다(Kim and Kim 2015).

나리(Lilium spp.)는 아시아, 유럽, 북미 등 북반구를 중심으로 전세계적으로 약 100여 종이 분포하는 것으로 알려져 있다. 나리의 분류는 Comber에 의해 Archelirion, Daurolirion, Leucolirion, Liriotypus, Martagon, Pseudolirium, Sinomartagon의 7개의 section으로 분류되고 있으며(McRae 1998) 이 중, 나리 신품종의 육성을 위해 Archelirion(오리엔탈 나리), Sinomartagon(아시아 틱 나리), Leucolirion(나팔나리와 트럼펫나리) 등이 이용되어 왔다(Lim et al. 2008). 주로 근연관계가 가까운 종내교잡을 통해 다양한 화색을 가진 Asiatic hybrid와 향기가 좋은 Oriental hybrid 가 상업적으로 육성되어 왔다. 원연간에 교배를 통한 종간잡종은 수정 전 장벽과 수정 후 장벽으로 인한 어려움이 있는 기술이나 새로운 화형, 화색 등에 대해 화훼소비자의 지속적인 창출이 요구되고 있으며 바이러스 등에 강한 보다 우수한 형질의 효과적인 도입을 위해 나리 육종에 있어서 반드시 수행되어야 한다(Arens et al. 2014). 종간잡종의 수정 전 장벽과 수정 후 장벽은 화주절단 수분법, 배배양, 배주배양 등의 기법의 개발로 극복되어 품종개발 에 도움이 되고 있다(Asano 1980;Lim et al. 2008). 육종기술의 개발로 인해 현재 FA hybrid(L. X formolongi X Asiatic hybrid), LA hybrid(L. longiflorum X Asiatic hybrid)의 개발 뿐만 아니라 LO hybrid(L. longiflorum X Oriental hybrid), OA(Asiatic hybrid X Oriental hybrid), OT hybrid(Oriental hybrid X Trumpet hybrid), FO hybrid(L. X formolongi X Oriental hybrid) 등도 지속적으로 개발되고 있다(Van Tuyl et al. 1997a;Rhee and Kim 2008). 그러나 아직까지도 AL hybrid(Asiatic hybrid X L. longiflorum), AO(Oriental hybrid X Asiatic hybrid) 등의 개발은 어려운 실정이다(Chi 2000). 국내 나리 신품종 육성은 국립원예특 작과학원 및 지자체 농업기술센터를 중심으로 이루어져 2015년까 지 국립원예특작과학원 품종정보에 등록된 신품종은 아시아틱나 리 43품종, 오리엔탈나리 6품종, FA종간잡종 25품종, LA종간잡종 7품종, LO종간잡종 1품종, OT종간잡종 1품종으로 보고되어 있다 (RDA 2015).

나팔나리(L. longiflorum)의 저온 적응성, 나팔형태의 특이한 화형 및 순백색의 화색의 장점과 대만나리(L. formosanum)의 연중 촉성재배, 생육의 강건함, 상향 개화, 향기를 도입하기 위해 종간잡종을 수행하여 신나팔나리(L. formolongi)가 육성되었다 (Song et al. 2004;Xuan et al. 2009a, 2009b;Kim and Kim 2017). 신나팔나리는 순백색의 화색을 가지며 종자로 번식되어 파종에서 개화까지 6~7개월이 소요되어 아시아틱이나 오리엔탈 나리에 비하여 짧고 바이러스에 강하여 우수한 나리로 평가받고 있다(Kim 1995). 아시아틱 나리는 다양한 화색을 가지며, 개화기 까지의 소요시간이 짧고 개화수명이 긴 장점을 가지고 있다. 주로 절화용으로 이용되어 왔으나 최근에는 화단 및 분화용으로 그 수요가 증가하고 있는 추세이다. 따라서 유년성이 짧은 신나팔 나리(L. x formolongi, F)와 화색이 다양하고 국내 적응성이 뛰어난 아시아틱 나리(Asiatic hybrids, A)를 모부본으로 하여 종간잡종 기술을 이용하여 국립원예특작과학원에서 formolongi-Asiatic(FA) 종간잡종을 꾸준히 개발하고 있다(Kang et al. 2015). 그러나 현재 국내육성품종뿐만 아니라 도입품종에 대한 생육특성에 대한 정보의 공유가 부족한 실정으로 이에 대한 조사는 농가 및 연구자 들에게 품종육성에 있어서 중요한 정보이다. 또한 여러 생육특성 가운데 화분의 임성과 가장 밀접한 염색체의 배수성에 관한 정보도 교배육성을 위해 기초적으로 수집되어야 하는 정보이나 이에 대한 연구는 매우 미비한 실적이다. 그러나 최근 염색체데이타베 이스가 구축되었고 일부 화훼류 및 채소류의 염색체 정보가 꾸준히 업데이트 되고 있다(www.plantchromosome.co.kr).

Fluorescence in situ hybridization(FISH)기법은 염색체 상 에서 특정 DNA sequence의 위치를 밝혀내는 기법으로 FISH 핵형분석, 유전체 연구, single gene detection 등에 이용되고 있다. 세포유전학적 연구에서 기본적으로 사용되는 탐침으로 는 두 종류의 ribosomal DNA(rDNA)로 종마다 염색체 상에서 특이한 양상을 나타내므로 상동염색체를 구분하는 마커 뿐만 아니라 패턴의 분석을 통해 종 구분 등도 가능하다.

국내에서 개발된 품종을 대중화하기 위해서는 생육에 관한 정보의 공유가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 국내 육성 우 수 FA종간잡종 나리 3품종의 특성조사 및 염색체 분석결과를 분석하고 데이터베이스화하여 국내 품종의 우수성을 알리고 육종프로그램에 기초 정보로 사용하고자 수행되었다.

Materials and Methods

FA종간잡종 나리 특성조사

국립원예특작과학원에서 개발된 국내 육성 품종 FA종간잡종 나리 3품종 ‘Bonanza’, ‘Purple Crystal’, ‘Coral Candy’를 대상으 로 특성조사를 실시하였다. 각 품종은 구근 크기가 14-16cm/구 주인 구근을 이용하여 상자당 10개가 정식되었으며 3상자를 비 닐 연동하우스에서 재배되었다. 각 품종 당 생육이 균일한 개체 에 대해 20개를 대상으로 개화특성을 조사하였다. 초장, 화폭, 꽃 수, 외화피의 길이와 폭, 잎의 길이 등을 농사시험연구조사기 준 및 작물 별 신품종의 출원 및 심사를 위한 특성조사기준에 따라 조사를 실시하였다. 개화기 조사를 위해 무가온 비닐하우 스에 구근을 정식하여 자연 저온 처리 후 50%가 개화한 시기를 조사하였으며 꽃의 화색은 RHS 칼라차트(Royal Horticultural Society 2001)를 이용하였다. 조사결과는 품종 간의 차이를 비교 하기 위하여 SAS 9.2(Cary, NC, USA)를 이용하여 평균비교 (Duncan 다중범위 검정)를 실시하였다.

FA종간잡종 나리 염색체 슬라이드 제작 및 FISH분석

체세포 중기 염색체를 관찰하기 위해 기내에서 배양 중인 구근 에서 근단(2~3cm)을 채취하여 20℃의 1-bromonaphtalene 포화 수용액에서 3시간 처리하고 Aceto-ethanol(Acetic acid: ethanol= 1:3, v/v) 용액에서 2시간 고정시켰다. 근단은 효소 혼합액(0.3% pectolyase, 0.3% cellulase, 0.3% cytohelicase)에 넣어 37℃에서 1시간 처리 후 60% acetic acid용액을 적하하여 squash 방법으로 슬라이드 위에 전개하였다. FISH 방법은 Lim et al.(2001)의 방법에 의해 수행하였다. 탐침의 제작은 Waminal et al. (2018)의 방법에 따라 pre-labeled oligoprobe(5S와 45S rDNA)를 제작하였다. 제작된 탐침은 탐침 혼합액(50% deionized formamide, 10% dextran sulfate, 2X SSC)에 첨가하여 70℃에서 변성 후 표적 DNA와 탐침과의 혼성화를 위해 37℃의 humid chamber에서 overnight하였다. 혼성화가 끝난 슬라이드는 42℃의 0.1X SSC에 서 30분간 수세 후, digoxygenin과 biotin을 검출하기 위해 FITC conjugated anti-digoxygenin antibodies(Roche, Germany)와 Streptavidin Cy3(Zy,ed Lab., USA)를 1% Blocking buffer와 혼합 하여 37℃에서 암조건에서 1시간 동안 반응하였다. 슬라이드는 DAPI(4’,6’-diamidino-2-phenylindole)용액으로 대비 염색하고 vectashield로 mounting하여 Olympus BX53 형광현미경(Olympus, Japan)으로 관찰하였으며 GenusTM version 3.1(Applied Imaging, USA)를 이용하여 X600의 배율로 염색체 영상을 촬영하였다.

Results

FA종간잡종 ‘Bonanza’

FA종간잡종 ‘Bonanza’는 2009년 개발된 품종으로 2001년 연한 노란색의 국내 육성 FA종간잡종 나리 품종 ‘미그린’과 적 색의 아시아틱 나리 계통 ‘A01-187’을 각각 모본과 부본으로 이용하여 개발하였다(Fig. 1A). 화색은 오렌지색(O29C)으로 내부 반점이 없고 약간의 향기를 가지고 있는 품종이다. 개화 방향은 상향이며 주두색은 오렌지색이며 꽃가루색은 붉은 갈 색이다(Table 1). 개화는 6월 중하순 경으로 중만생종에 해당 하며 소화수는 4개, 절화장은 142.3cm로 초장 신장성이 우수 하다. 화폭은 17.3cm로 아시아틱 유래 종간잡종 중에 대형화 에 분류할 수 있다. 외화피의 화폭이 4cm 이상으로 화형이 안 정적이다. 잎의 길이는 15.7cm으로 비교적 긴 편이다(Table 2).

FA종간잡종 ‘Bonanza’의 염색체 수는 2n=3x=36으로 관찰되 었다. 두 종류의 ribosomal DNA를 이용하여 FISH 패턴 분석 결과, 5S rDNA는 4 loci, 18S rDNA는 11 loci로 관찰되었다(Fig. 2A). 5S rDNA는 3번 염색체 3개의 염색체에서 각각 1 locus, 2 loci와 나머지 하나에서는 45S rDNA와 co-localization하였다. 45S rDNA는 1번 염색체 단완(short arm)에서 2 loci, 2번 염색체 단완에서 1 locus, 3번 염색체 장완(long arm)에서 1 locus, 4번 염색체 장완에서 2 loci locus, 5번 염색체 장완에서 1 locus, 6번 염색체 단완에서 1 locus, 7번 염색체 단완에서 3 loci가 관찰되어 총 11 loci가 관찰되었다.

FA종간잡종 ‘Coral Candy’

FA종간잡종 ‘Coral Candy’는 2015년 개발된 품종으로 2003 년 연한 노란색의 FA종간잡종 나리 계통 ‘FA01-19’과 분홍색 의 FA종간잡종 나리 계통 ‘FA03-14’을 각각 모본과 부본으로 이용하여 개발하였다(Fig. 1B). 화색은 주홍색(OR35B)으로 내 부 반점이 없고 약간의 향기를 가지고 있는 품종이다. 개화방 향은 상향이며 주두색은 주황색이며 꽃가루색은 갈색이다 (Table 1). 개화는 6월 중순 경으로 중생종에 해당하며 소화수 는 5.1개, 절화장은 121.8cm로 초장 신장성이 우수하다. 화폭 은 16.9cm로 아시아틱 유래 종간잡종 중에 대형화에 분류할 수 있다. 외화피의 화폭이 4cm 이상으로 화형이 안정적이다. 잎의 길이는 19.7cm으로 3품종 가운데 가장 길다(Table 2).

FA종간잡종 ‘Coral Candy’의 염색체 수는 2n=3x=36으로 관 찰되었다. FISH 분석 결과, 5S rDNA는 4 loci, 45S rDNA는 12 loci로 관찰되었다(Fig. 2B). 5S rDNA는 3번 염색체 3개의 염 색체에서 각각 1 locus, 2 loci와 나머지 하나에서는 45S rDNA 와 co-localization하였다. 45S rDNA는 1번 염색체 단완에서 2 loci, 2번 염색체 단완에서 2 loci, 3번 염색체 장완에서 1 locus, 4번 염색체 단완에서 2 loci와 장완에서 1 locus, 7번 염 색체 단완에서 2 loci, 8번 염색체 단완에서 1 locus, 9번 염색 체 장완에서 1 locus가 관찰되어 총 12 loci가 관찰되었다.

FA종간잡종 ‘Purple Crystal’

FA종간잡종 ‘Coral Candy’는 2012년 개발된 품종으로 2003 년 연한 노란색의 FA종간잡종 나리 계통 ‘FA00-20’과 적색의 국내 육성 아시아틱 나리 품종 ‘다솜’을 각각 모본과 부본으로 이용하였다(Fig. 1C). 화색은 자주색(RP61B)으로 내부 반점이 있고 약간의 향기를 가지고 있는 품종이다. 개화방향은 상향 이며 주두색은 노란색이며 꽃가루색은 연한 갈색이다(Table 1). 개화는 6월 상순 경으로 조생종에 해당하며 소화수는 5.3 개, 절화장은 101.0cm로 다른 품종에 비하여 짧은 편이다. 화 폭은 12.3cm로 좁으나 외화피의 화폭이 4cm 이상으로 화형 이 안정적이다. 옆장과 옆폭이 11.1cm, 1.9cm으로 ‘Bonanza’, ‘Coral Candy’에 비하여 짧다(Table 2).

FA종간잡종 ‘Purple Crystal’의 염색체 수는 2n=3x=36으로 관찰되었다. FISH 패턴 분석 결과, 5S rDNA는 4 loci, 45S rDNA는 11 loci로 관찰되었다(Fig. 2C). 5S rDNA는 3번 염색 체 3개의 염색체에서 각각 1 locus, 2 loci와 나머지 하나에서 는 45S rDNA와 co-localization하였다. 45S rDNA는 1번 염색 체 단완에서 2 loci, 2번 염색체 단완에서 2 loci, 3번 염색체 장완에서 1 locus, 5번 염색체 장완에서 1 locus, 6번 염색체 단완에서 2 loci, 7번 염색체 단완에서 2 loci, 8번 염색체 단 완에서 1 locus가 관찰되어 총 11 loci가 관찰되었다.

Discussion

나리의 종간잡종의 시도로 Fusarium oxysporum, Borytis elliptica 등에 대한 병저항성, 여름의 고온과 겨울의 약광에 대한 내환경성, 새로운 화형 및 화색의 창출, F1 임성회복, 염 색체 배수화에 따른 생육향상 등을 기대할 수 있다(Van Tuyl et al. 1997b). 그러나 나리의 종간잡종을 통한 신품종 육성 시 기내배양 및 개화 이후 후대의 생육 검정, 개체 증식 및 생 산까지 많은 시간을 소요하게 된다(Lee 2002). 이러한 이유로 종자로 번식이 가능하여 육종 세대를 단축할 수 있는 신나팔 나리 유전자원의 적극적인 활용은 매우 중요하다. 국내에서도 신나팔나리 신품종 ‘어라연1호’(Xuan et al. 2009a), ‘어라연2 호’(Xuan et al. 2009b), ‘백령1호’(Xuan and Kim 2014), ‘절세 가인’(Kim and Kim 2017) 등이 개발되었다.

국내에서 개발된 FA종간잡종 나리 중 2006년 ‘Goyo’(Rhee et al. 2006a)와 ‘Eunbi’(Rhee et al. 2006b), ‘Salmon Bowl’(Rhee et al. 2006c), 2009년 ‘Glory Pink’(Rhee et al. 2009), 2010년 ‘Cherrry Pink’(Rhee et al. 2010), 2011년 ‘Green Star’(Rhee et al. 2011), 2013년 ‘Cream Star’(Rhee et al. 2013), 2015년 ‘Lime Glow’(Kang et al. 2015)에 대한 품종 논문이 발표되었다. 국내 에서 절화용 FA종간잡종으로 육성된 품종의 초장은 92cm (‘Salmon Bowl’)에서 144.2cm(‘Golden Center’)로 보고되었다. 본 연구에서 조사된 FA종간잡종 ‘Bonanza’는 142.3cm, ‘Coral Candy’는 121.8cm, ‘Purple Crystal’은 101.1cm로 절화품질 기준 이 내수용 초장 60cm 이상, 수출용 초장 80cm 이상으로 제시된 바(RDA 2016) 3품종 모두 내수 및 수출용 절화로 가능하다. 기존에 개발된 FA종간잡종 품종의 화폭은 ‘Lime Glow’가 16cm 으로 가장 크게 보고 되었으며 ‘Goyo’가 8.5cm으로 가장 작게 보고 되었다. 이와 비교하여 ‘Bonanza’는 17.1cm, ‘Coral Candy’ 는 16.9cm, ‘Purple Crystal’은 12.3cm으로 3품종 모두 외화피의 화폭이 4cm 이상으로 화형이 안정적으로 육종기술이 꾸준히 개선된것으로 판단된다. 소화수는 3품종 모두 4개 이상으로 내 수용 절화 기준(2~3개) 및 수출용 절화 기준(4개 이상)과 소비자 선호도(3~6개)에 모두 만족하는 것으로 나타났다(Rhee et al. 2013;RDA 2016). 개화방향에 있어서도 3품종 모두 상향개화하 여 신나팔나리가 갖는 측향개화의 단점도 개선되었으며 이는 수출 시에도 수송이 용이 할 것으로 판단된다. 다만 잎의 길이가 ‘Bonanza’는 15.7cm, ‘Coral Candy’는 19.7cm, ‘Purple Crystal’ 은 11.1cm으로 ‘Purple Crystal’을 제외하고 비교적 긴 편이다. 잎의 상향성이나 길이는 상품의 포장이나 수송 등에서 상품의 가치를 결정하는 중요한 요인의 하나이므로 개발된 FA종간잡종 의 이용 시 이에 적합한 포장재료의 개발 등이 필요할 것으로 판단된다.

국내 나리 육성 품종에 관한 연구는 주로 생육특성을 보고하 는 것을 주 내용으로 하고 있으며 배수성의 확인을 보고하는 사례는 매우 적은 편이다(Rhee et al. 2013;Kang et al. 2015). 배수성의 확인 또는 염색체의 검경은 화분의 임성을 결정하는 중요한 요인으로 이수체, 3배체 등에서는 화분의 임성율이 현저 히 낮아 교배효율에 영향을 미치는 것으로 보고된 바 있다 (Hwang et al. 2010). 또한 나리의 경우, 2n gamete에 대한 연구 보고 등이 있어 염색체 및 화분에 대한 정보의 축적은 배수 성 및 이수성 육종에도 도움을 줄 수 있다(Lim et al. 2000). 두 종류의 Ribosomal DNA(5S와 45S rDNA)를 이용하여 FA종간 잡종 3품종의 FISH 분석 결과, 염색체는 2n=3x=36으로 모두 3배체로 관찰되었다. 5S rDNA는 다른 section의 나리에서와 같 은 패턴으로 3번 염색체에서만 관찰되었으며 하나의 염색체에 서 45S rDNA와 co-localization하는 특이한 패턴이 관찰되었다. 일반적으로 자생나리의 rDNA는 상동염색체 상에서 짝을 이루 어 동일한 위치에 나타나나(Hwang et al. 2010) 종간잡종에서는 ‘Bonanza’ 7번 염색체를 제외하고 대부분 3개의 염색체 모두 짝을 이루어 나타나는 패턴은 관찰되지 않았다. 또한 45S rDNA 분포 패턴이 3품종 모두에서 다르게 관찰되어 지속적으로 개발 되고 있는 분자마커 뿐만 아니라 염색체 분포도 품종을 구분하 는데 이용될 수 있을 것이라고 생각된다. 품종에 대한 염색체 연구는 매우 미비하게 이루어지고 있다(Hwang et al. 2010). 따라서 최근 육종가, 연구자들에게 연구의 기초 자료인 염색체 정보를 제공하기 위해 염색체데이타베이스(Korean Chromosome Database, www.plantchromosome.co.kr)를 통해 지속적으로 결과가 업데이트 되고 있다. 나리의 특성조사 및 염색체 정보의 지속적인 축적은 국내 나리 종간잡종 노하우 축적 및 국내육성 나리 유전자원의 보호 및 홍보에 도움을 줄 것으로 기대한다.