Evaluation of Onion Germplasm for Resistance to Leaf Blight Caused by <i>Stemphylium vesicarium</i>

Jin Ju Lee; JiWon Han; Hun Kim; Jin-Cheol Kim; Gyung Ja Choi

doi:10.5423/RPD.2024.30.4.342

Res. Plant Dis > Volume 30(4); 2024 > Article

양파 유전자원의 Stemphylium vesicarium에 의한 잎마름병 저항성 평가

Research Article

Research in Plant Disease 2024;30(4):342-352.

Published online: December 31, 2024

DOI: https://doi.org/10.5423/RPD.2024.30.4.342

양파 유전자원의 Stemphylium vesicarium에 의한 잎마름병 저항성 평가

이진주^1,², 한지원³, 김헌^1,⁴, 김진철², 최경자^1,^4,^*

¹한국화학연구원 친환경신물질연구센터

²전남대학교 농생명화학과

³국립원예특작과학원 파속채소연구센터

⁴과학기술연합대학원대학교 의약화학 및 약리생물학과

Evaluation of Onion Germplasm for Resistance to Leaf Blight Caused by Stemphylium vesicarium

Jin Ju Lee^1,², JiWon Han³, Hun Kim^1,⁴, Jin-Cheol Kim², Gyung Ja Choi^1,^4,^*

¹Eco-Friendly New Materials Research Center, Korea Research Institute of Chemical Technology, Daejeon 34114, Korea

²Department of Agricultural and Biological Chemistry, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea

³Allium Vegetable Research Center, National Institute of Horticultural and Herbal Science, RDA, Muan 58545, Korea

⁴Department of Medicinal Chemistry and Pharmacology, University Science and Technology, Daejeon 34113, Korea

^*Corresponding author
Tel: +82-42-860-7434 Fax: +82-42-861-4913 E-mail: kjchoi@krict.re.kr

Received August 26, 2024 Revised October 15, 2024 Accepted October 21, 2024

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요 약

Stemphylium vesicarium에 의해 발병하는 양파 잎마름병은 전 세계적으로 발생하는 가장 중요한 곰팡이 병 중 하나로, 종자의 품질과 수확량을 감소시킨다. 본 연구는 잎마름병 저항성 양파 유전자원을 발굴하기 위하여, 110점의 양파 유전자원의 잎마름병에 대한 저항성을 조사하였다. 온실에서 재배한 4엽기 유묘의 잎을, 접종 직전에 탈지하지않은 비흡수성 재질의 솜으로 문지른 후에 멸균한 1/2 농도의 potato dextrose broth 용액으로 수확한 S. vesicarium KACC 44530 균주의 포자현탁액(1.0×10⁵ spores/ml)을 분무하여 접종하였다. 그리고 접종 5, 7일 후에 잎에 발생한 잎마름병의 병반면적률(%)을 조사하였다. 실험한 유전자원 중에서, IT274921, IT304144, IT274929, IT274930은 잎마름병에 높은 저항성을 보였으며, IT330615와 IT288913은 잎마름병에 대하여 중도저항성을 보였다. 유전자원 IT299972, IT327434, IT337262, IT337275는 잎마름병에 대하여 높은 감수성을 나타내었다. 본 연구에서 선발한 잎마름병에 대한 저항성 유전자원들은 잎마름병 저항성 육종 시스템에 유용한 자원으로 이용될 수 있을 것이다.

ABSTRACT

Leaf blight of onion caused by Stemphylium vesicarium is the most destructive fungal disease worldwide, which leads to decrease quality and seed production of onion. This study was conducted to evaluate the resistance degree of 110 onion germplasm against S. vesicarium. To investigate resistance to leaf blight, the genetic resources of onion were tested by following method. Onion seedlings at four-leaf stage were rubbed with nonabsorbent cotton and inoculated with spore suspension (1.0×10⁵ spores/ml of potato dextrose broth) of S. vesicarium by spray method. Five to 7 days after inoculation, infected leaf area (%) of onion seedling was measured. Our results showed that IT274921, IT304144, IT274929, and IT274930 lines exhibited the highest resistance against S. vesicarium. And IT330615 and IT288913 lines was identified as moderately resistant to leaf blight, whereas IT299972, IT327434, IT337262, and IT337275 lines were the most susceptible cultivars to the fungus. On the basis of the results, we suggest that the resistant genetic resources can be used a basic material for resistant onion breeding system against leaf blight.

Keywords: Allium cepa, Breeding, Disease resistance, Resistant cultivar, Screening

서 론

양파(Allium cepa L.)는 백합과 파속(Allium spp.)에 속하는 작물로, 높은 영양분과 풍부한 맛으로 요리에 사용되는 필수적인 양념 채소이다(Kádasi Horáková 등, 2024). 또한 양파는 다양한 2차 대사물질인 세이핀, 티오스린, 쿼세틴과 캠퍼롤과 같은 플라보노이드 등의 파이토케미컬을 생산한다(Hussein 등, 2018; Lee와 Mitchell, 2011). 특히 양파에는 플라보노이드가 고함량으로 함유되어 있어 의료 목적으로도 사용된다(Kádasi Horáková 등, 2024; Javadzadeh 등, 2009). 이처럼 양파는 소비가 증가하고 있는 경제적으로 중요한 작물이다(Arshad 등, 2017; Luitel 등, 2023b; Manjunathagowda, 2022).

양파의 생산량은 홍수, 극도의 가뭄, 서리와 같은 비생물학적 요인들과 해충, 식물 병과 같은 생물학적 요인들로 인해 영향을 받는다(Kádasi Horáková 등, 2024; Mishra와 Gupta, 2012; Paibomesai 등, 2012). 양파에 발생하는 주요 병해 중 Stemphylium vesicarium에 의한 잎마름병은 잎과 꽃에서 발생하여 구근 수확량과 종자 품질을 떨어뜨리는 곰팡이 병이다(Chandel 등, 2022; Leach 등, 2020). 잎마름병은 열대지방에서 발생하는 주된 식물 병인데, 오늘날 기후 온난화로 인하여 예전에 양파 재배에 있어 가장 중요한 병해로 간주되었던 노균병(Peronos-pora destructor) 및 검은무늬병(Alternaria porri)보다 잎마름병이 더 중요한 병으로 여겨지고 있다(Chowdhury 등, 2015; Hay 등, 2019; Maude, 1990; Stricker 등, 2021). 특히 종자 생산용 양파 재배에서 잎과 종자 줄기에 잎마름병이 발생하게 되면 80-85%의 종자 생산량 손실을 일으킨다(Dangi 등, 2019; Hassan 등, 2020).

S. vesicarium은 양파 등의 Allium 속 식물 이외에도 망고, 배, 콩, 토마토, 아스파라거스, 알파파 등에서도 병을 일으킨다(Mishra 등, 2014). 잎마름병 병징은 점진적으로 괴사 병반이 전체로 확산이 되기도 하나 주로 잎의 끝부분이 말라지고 잎 전체를 걸쳐서 비대칭적으로 병반이 나타난다(Hay 등, 2019). 병이 점차 진전됨에 따라서 병반의 정중앙에 황갈색을 띄게 되며, 더 심해지면 지상부 전체로 확산되어 결국 마르게 된다(Basallote 등, 1993; Mishra 등, 2014).

양파 잎마름병을 방제하기 위해 주로 합성 작물보호제를 사용하여 왔으나, 저항성 균 출현으로 방제 효과가 떨어지고 있다(Hay 등, 2019). 뿐만 아니라 화학농약의 오남용으로 인하여 수질과 토양 오염뿐 아니라, 생태계의 교란 등 안전성 문제가 제기되고 있다(Aveling 등, 1993; Hay 등, 2019; Stricker 등, 2021). 이와 같은 이유로 친환경적인 방제 방법에 대한 요구가 증가하고 있다(Dangi 등, 2019; Ryu 등, 2015). 양파 잎마름병에 대한 친환경적 방제 방법으로는 생물적 방제제 처리, 윤작, 저항성 품종의 재배, 질소 비료를 과도하게 사용하지 않기, 재식 밀도 줄이기 등이 있다(Karabulut와 Gökçe, 2022; Mishra 등, 2014). 이들 중 저항성 품종의 재배는 식물 병을 방제하는 데 있어 환경 오염을 최소화하며, 생태계에 생물 다양성을 보존시켜 주는 가장 효과적인 방제 방법이다(Zheng 등, 2010).

양파 유전자원을 특징화하는 것은 유전적 변이성을 사용하여 새로운 품종을 개발하는 데 필수적이다(Luitel 등, 2023a). 따라서, 유전자원의 특성을 판단하고 이러한 유전자원 품종은 추후에 저항성 품종을 개발하기 위한 육종 시스템에 활용될 수 있다(Luitel 등, 2023a; Sharma 등, 2018). 따라서 저항성 품종을 개발하기 위해서는 저항성 유전자원의 발굴이 선행되어야 한다(Wang 등, 2019). S. vesicarium에 의한 잎마름병에 대한 저항성 양파 유전자원으로, Sharma와 Sain (2003)은 인도에서 선발된 양파 품종 ‘ RO-1’이 Stemphylium 잎마름병에 대하여 중도저항성을 보인다고 하였다. 그리고 Behera 등(2013)은 22개 자원의 포장 검정을 통하여 중도저항성인 ‘ VG-18’ 자원을 보고하였으며, Dangi 등(2019)은 인공접종한 포장실험을 통하여 59개 자원의 잎마름병에 대하여 저항성을 검정하여 중도저항성을 보이는 ‘ Pusa Soumya’ (A. fistulosum L.)와 ‘ Red Creole 2’ (A. cepa)와 감수성을 보이는 ‘ Red Creole 1’ (A. cepa)을 선발하였다. 최근에 우리나라에서 많은 양파 유전자원이 수집되어 왔지만, 이들 유전자원의 잎마름병 저항성에 대해서는 거의 알려지지 않았다(Luitel 등, 2023b).

본 연구는 잎마름병 저항성 양파 품종 육성을 위한 저항성 유전자원을 발굴하기 위하여, 포장 검정이 아닌 Lee 등(2022a)이 개발한 양파 유묘를 이용한 생물검정법을 사용하여 국립농업과학원 농업유전자원센터로부터 분양받은 양파 유전자원 110점의 S. vesicarium KACC 44530 균주에 대한 저항성 정도를 조사하였다.

재료 및 방법

식물체 재배.

잎마름병에 대한 저항성 양파 유전자원을 발굴하고자, 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터로부터 다양한 국가로부터 수집한 양파 유전자원 110점을 분양받았다(Table 1). 그리고 대조구로 감수성 품종인 ‘레드원볼 1115’(아시아 종묘)를 함께 실험하였다(Lee 등, 2022a).

Table 1.

List of 110 onion germplasm resources used in this study

Resource number^a	Scientific name	Cultivar	Origin
IT136654	Allium cepa var. cepa	Kathmandu Local	Nepal
IT136657	Allium cepa var. cepa	Rukum Local	Nepal
IT206704	Allium cepa var. cepa	local-18	Uzbekistan
IT206705	Allium cepa var. cepa	local-19	Uzbekistan
IT218259	Allium cepa var. cepa	23	Uzbekistan
IT218260	Allium cepa var. cepa	24	Uzbekistan
IT218262	Allium cepa var. cepa	46	Uzbekistan
IT219900	Allium cepa var. cepa	45	Uzbekistan
IT220035	Allium cepa var. cepa	65	Uzbekistan
IT247003	Allium cepa var. cepa	Caratal	Kyrgyzstan
IT247008	Allium cepa var. cepa	Zolomistyi	Ukraine
IT247259	Allium cepa var. cepa	Vishenskiy	Russia
IT247260	Allium cepa var. cepa	Mestniy	Russia
IT251909	Allium cepa var. cepa	RUS-NYW-2000-341	Russia
IT251924	Allium cepa var. cepa	Bessonovskiy	Bessonovskiy
IT262708	Allium cepa var. cepa	8	China
IT273790	Allium cepa var. cepa	UZRIPI-2000-47	Uzbekistan
IT273842	Allium cepa var. cepa	BELYI	Uzbekistan
IT274183	Allium cepa var. cepa	UZB-KJG-206-43	Kyrgyzstan
IT274185	Allium cepa var. cepa	UZB-KJG-206-68	Uzbekistan
IT274375	Allium cepa var. cepa	UZB-HHS-2007-129	Uzbekistan
IT274809	Allium cepa var. cepa	Oqpiyoz	Uzbekistan
IT274810	Allium cepa var. cepa	Andijonoqpiyozi	Uzbekistan
IT274811	Allium cepa var. cepa	UZB-GJG-2009-10/3-20	Uzbekistan
IT274921	Allium cepa var. cepa	TJK 35-6	Tajikistan
IT274929	Allium cepa var. cepa	A7E0252	Bulgaria
IT274930	Allium cepa var. cepa	A7E0604	Bulgaria
IT278441	Allium cepa var. cepa	08UKR-12	Ukraine
IT278442	Allium cepa var. cepa	Balakleevskyi	Ukraine
IT288913	Allium cepa var. cepa	CHN-CHOMC-2002-40	China
IT289253	Allium cepa var. cepa	Karatal	Kyrgyzstan
IT289255	Allium cepa var. cepa	Karatalskiy	Uzbekistan
IT289398	Allium cepa var. cepa	Kaba	Russia
IT289400	Allium cepa var. cepa	A7E0450	Bulgaria
IT289401	Allium cepa var. cepa	A7E0606	Bulgaria
IT291431	Allium cepa var. cepa	Ispan Piyozi	Uzbekistan
IT299971	Allium cepa var. cepa	FAPABSKII	Turkmenistan
IT299972	Allium cepa var. cepa	MAPGELANSKIIKPUGLYI	Uzbekistan
IT299973	Allium cepa var. cepa	WIR1020	Afghanistan
IT299974	Allium cepa var. cepa	WIR1209	Kazakhstan
IT299976	Allium cepa var. cepa	ZHELTYI-PIEZ	Kyrgyzstan
IT299977	Allium cepa var. cepa	PIEZ MAKKI	Uzbekistan
IT299978	Allium cepa var. cepa	REPCHATYI	Kazakhstan
IT299984	Allium cepa var. cepa	SOROKOZUBKA	France
IT299986	Allium cepa var. cepa	WIR79	China
IT299987	Allium cepa var. cepa	KYPMYZY	Azerbaijan
IT299988	Allium cepa var. cepa	WIR179	Belarus
IT300052	Allium cepa var. cepa	akgun-12	Turkiye
IT300054	Allium cepa var. cepa	RPK-209	Russia
IT300084	Allium cepa var. cepa	Karatalsky	Kazakhstan
IT300101	Allium cepa var. cepa	VIR 535	Russia
IT301992	Allium cepa	Spring onion	Uzbekistan
IT303777	Allium cepa	Marshal	India
IT304144	Allium cepa	GEO-PHJ-2015-7-8	Georgia
IT304147	Allium cepa	GEO-PHJ-2015-15-6	Georgia
IT318554	Allium cepa var. cepa	A7E0380	Bulgaria
IT318560	Allium cepa	5008	Uzbekistan
IT318561	Allium cepa	5019	Uzbekistan
IT318562	Allium cepa	5021	Uzbekistan
IT318563	Allium cepa	5026	Uzbekistan
IT318564	Allium cepa	5041	Uzbekistan
IT324823	Allium cepa	GEO-MKH-2018-10	Georgia
IT327425	Allium cepa	SGS-PHJ-2013-136	Georgia
IT327426	Allium cepa	14-7	Tajikistan
IT327427	Allium cepa	6-20	Georgia
IT327431	Allium cepa var. cepa	DUNGANSKII	Kyrgyzstan
IT327433	Allium cepa var. cepa	Markovskyilocal	Ukraine
IT327434	Allium cepa var. cepa	Pogorskiy	Russia
IT327435	Allium cepa var. cepa	A7E0609	Bulgaria
IT327436	Allium cepa var. cepa	1-10	Kyrgyzstan
IT330615	Allium cepa	2-11	Tajikistan
IT330616	Allium cepa	YP15CH01	China
IT330623	Allium cepa	5002	Uzbekistan
IT330624	Allium cepa	5043	Uzbekistan
IT330625	Allium cepa	11-2	Tajikistan
IT330626	Allium cepa	6-11	Tajikistan
IT330628	Allium cepa var. cepa	1-2-1	Kyrgyzstan
IT336219	Allium cepa	PI 58	United States
IT336227	Allium cepa	GS 879	Korea, South
IT337254	Allium cepa	2	Nepal
IT337255	Allium cepa	3	Nepal
IT337256	Allium cepa	7	Nepal
IT337259	Allium cepa	Red Creole	Africa
IT337262	Allium cepa	5-19	Georgia
IT337263	Allium cepa	35-2	Georgia
IT337264	Allium cepa	17-24	Georgia
IT337265	Allium cepa	GEO-SRC-2016-75	Georgia
IT327766	Allium cepa	GEO-SRC-2016-76	Georgia
IT337268	Allium cepa	ARM-PHJ-2017-6-8	Armenia
IT337269	Allium cepa	ARM-PHJ-2017-14-13	Armenia
IT337270	Allium cepa	ARM-PHJ-2017-17-6	Italy
IT337271	Allium cepa	GEO-MKH-2018-5	Georgia
IT337272	Allium cepa	GEO-MKH-2018-7	Georgia
IT337273	Allium cepa	GEO-MKH-2018-8	Georgia
IT337274	Allium cepa	GEO-MKH-2018-9	Georgia
IT337275	Allium cepa	GEO-MKH-2018-11	Georgia
IT337276	Allium cepa	GEO-MKH-2018-12	Georgia
IT337283	Allium cepa var. cepa	OSTRYI MESTNYI	Kazakhstan
IT337287	Allium cepa var. cepa	22	Uzbekistan
IT337289	Allium cepa var. cepa	AT18	Turkiye
IT337291	Allium cepa var. cepa	Local	Russia
IT337294	Allium cepa var. cepa	A7E0617	Bulgaria
IT337295	Allium cepa var. cepa	White Sweet Spanish California	United States
IT342469	Allium cepa	GEO-SRC-2016-70	Georgia
IT342470	Allium cepa	GEO-SRC-2016-77	Georgia
IT342471	Allium cepa	Stuttgarter Riesen	Germany
IT342474	Allium cepa var. cepa	Odnoletny sibirsky	Russia
IT342476	Allium cepa var. cepa	Sk-1 A	United States
K016851	Allium cepa var. cepa	Centurion	Netherlands
K016853	Allium cepa var. cepa	Jetset	Netherlands

^a Introduction number of gene bank of Rural Development Administration (RDA), Korea.

양파 유전자원의 잎마름병에 대한 저항성을 검정하기 위하여, 8×16 육묘용 연결포트(포트당 토양 15 ml; Bumnong, Jeon-gup, Korea)에 원예용상토 2호(Punong, Gyeongju, Korea)를 채우고, 양파 종자를 포트당 1립씩 파종하고, 온실(25^°C±5^°C)에서 수분을 공급하면서 재배하였다. 파종하고 약 65일 재배한 후에 플라스틱 포트(직경 6.8 cm, 토양 160 ml)로 식물체를 이식하고 지지대와 철사를 이용하여 줄기와 잎을 고정하고 재배하였다. 약 100일 동안 재배한 4엽기 양파 식물체를 실험에 사용하였다.

Stemphylium vesicarium 균주.

양파 잎마름병원균인 S. vesicarium 균주는 농촌진흥청 농업유전자원센터(KACC; Rural Development Administration, Jeonju, Korea)로부터 분양받은 KACC 44530 균주를 −80^°C에 저장하면서, 균주의 병원성이 떨어지지 않도록 계대배양을 최소화하기 위하여, 사면배지에서 1회만 평판배지로 이식하는 방법으로 증식하면서 실험에 사용하였다.

접종원 준비.

재배한 양파 유전자원에 접종할 S. vesicarium KACC 44530 균주의 포자를 생산하기 위하여, 직경 8.5 cm petri dish에 준비한 potato dextrose agar (Becton, Dickinson and Co., Franklin Lakes, NJ, USA) 배지에 KACC 44530 균주를 접종하고, 25^°C에서 7일 동안 배양하였다. 전배양한 KACC 44530 균주의 균총으로부터 균사 조각을 떼어내어 직경 8.5 cm petri dish의 rice bran agar (rice bran 32 g, glucose [Junsei Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan] 10 g, agar [Junsei Chemical Co., Ltd.] 12 g, 증류수 1 l) 배지에 3조각씩 올려놓고 25^°C에서 11일 동안 배양하였다. 그 후에 포자형성을 위하여 배양한 S. vesicarium 균주의 균총을 멸균한 붓으로 긁어주고, 25^°C 항온항습실(상대습도 80%)에서 petri dish 뚜껑을 열어놓고 하루에 12시간씩 광(55 µmol/m²·s)을 조사하면서 48시간 동안 배양하였다. 여기에 멸균한 1/2 농도의 potato dextrose broth (Becton, Dickinson and Co.) 용액을 부어주고, 멸균한 붓으로 포자를 수확한 후에, 이를 4겹 가제로 걸러 병원균의 균사체를 제거하여 포자현탁액을 준비하였다(Lee 등, 2022a). 그리고 광학현미경(BX53F; Olympus, Tokyo, Japan) 하에서 hemocytometer (Paul Marienfeld GmbH & Co. KG, Lauda-Königshofen, Germany)를 이용하여 ml당 포자 수를 조사하고, 멸균수로 희석하여 접종원 농도를 1.0×10⁵ spores/ml과 3.0×10⁵ spores/ml로 조정한 후에 실험에 사용하였다(Lee 등, 2022b).

접종 및 발병.

온실에서 재배한 4엽기 양파 유묘에, 양파 잎마름병균을 접종하기 직전에 잎의 큐티클에 상처가 생기도록 하기 위하여 탈지하지 않은 비흡수성 재질의 솜으로 양파의 잎을 가볍게 문지른 후에(Shishkoff와 Lorbeer, 1989), 준비한 KACC 44530 균주의 포자현탁액(1.0×10⁵ spores/ml)을 스프레이를 사용하여 흘러내리기 직전까지 분무하여 접종하였다. 잎마름병균을 접종한 양파 유묘는 20^°C 습실상에서 48시간 습실처리하고, 항온항습실(25^°C, 상대습도 80%)로 이동하여 하루에 12시간씩 광(55 µmol/m²·s)을 조사하면서 저면관수로 재배하였다(Lee 등, 2022b).

선발한 4개 저항성 유전자원의 접종 농도에 따른 잎마름병 발생 실험은 접종 농도를 2가지(1.0×10⁵ spores/ml과 3.0×10⁵ spores/ml)로 접종한 것을 제외하고 나머지는 동일한 방법으로 실험하였다.

병 조사.

감수성 대조품종 ‘레드원볼1115’의 잎마름병 발생 정도를 관찰하면서, 양파 유전자원 110점의 잎마름병 발생을 조사하였다. 접종 5일과 7일 후에 1-3엽에 대하여 각 엽에 발생한 잎마름병 병반면적률(%)을 조사하고, 이들의 평균값을 계산하여 이를 각 식물체의 병반면적률(%)로 하였다. 그리고 이를 바탕으로 아래와 같은 수식에 따라 병진전곡선하면적(area under disease progress curve, AUDPC)을 계산하였다(Jeger와 Viljanen-Rollinson, 2001).

AUDPC=∑i=1n[t(i+1)−ti]×[DS(i×1)+(DSi)]/2

n=병 조사 수, ti= i 병 조사 일의 접종 후 경과 일수, DSi= i 병 조사 일의 병반면적률(%).

통계 분석.

모든 실험은 처리당 5개 식물체를 접종하였으며, 실험은 3회 반복하여 수행하였다. 그리고 이들 결과는 SAS 프로그램(SAS 9.1; SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 ANOVA 분석을 하고, 처리 평균 간 비교를 위하여 Duncan's multiple range test (P=0.05)를 실시하였다.

결과 및 고찰

농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터로부터 분양받은 양파 유전자원 110점의 잎마름병에 대한 저항성을 S. vesicarium KACC 44530 균주를 접종하여 검정한 결과, 접종 5일 후에 잎마름병 발생을 조사하였을 때에는 실험한 품종 중 IT274921, IT304144, IT274929, IT274930은 통계적으로 차이가 없는 낮은 병반면적률인 0.9%, 1.1%, 4.8%, 6.4%를 각각 나타냈다(Table 2). 이와 달리 IT299972, IT337263, IT327434, IT337262는 실험한 품종 중 67.8%, 64.1%, 63.7%, 63.5%의 높은 병반면적률을 보였다(Table 2). 그리고 함께 실험한 대조품종 중 감수성 품종인 ‘레드원볼 1115’는 49.3%의 병반면적률을 나타냈다. 따라서 4개 유전자원(IT274921, IT304144, IT274929, IT274930)은 S. vesicarium KACC 44530 균주에 대해 강한 저항성을 보인다고 생각되었다.

Table 2.

Development of Stemphylium leaf blight on seedlings of 110 onion germplasm resources ^a

Resource number	Disease severity (%)^b		AUDPC^c
Resource number	5 days after inoculation	7 days after inoculation	AUDPC^c
IT274921	00.9±0.40	02.2±1.60	03.1 f^d
IT304144	01.1±0.00	03.3±1.60	04.4 f
IT274929	04.8±4.30	06.4±6.60	11.2 f
IT274930	06.4±2.00	08.6±3.50	15.0 f
IT330615	18.9±17.3	21.1±12.2	40.0 e
IT288913	25.6±15.8	37.8±5.50	55.3 d
IT330616	25.6±17.3	29.7±9.90	63.4 cd
IT247003	28.5±14.1	37.0±4.60	65.5 cd
IT327427	27.1±17.7	39.3±2.60	66.4 cd
IT337291	31.5±13.8	36.7±10.3	68.2 cd
IT299984	29.8±1.20	38.9±5.60	68.7 cd
IT262708	33.3±16.6	38.9±10.5	72.2 cd
IT218260	35.6±3.20	36.7±2.30	72.3 cd
IT337295	31.5±19.6	42.2±3.10	73.7 c
IT330625	31.9±5.50	43.0±3.70	74.9 c
IT274185	35.2±4.60	41.1±2.40	76.3 c
IT299977	33.7±6.50	42.9±1.40	76.6 c
IT337270	37.2±8.60	43.4±3.40	80.6 c
IT218262	38.2±2.30	43.3±1.80	81.5 c
IT342469	36.1±5.50	48.3±3.90	84.4 bc
IT278441	33.9±7.10	51.1±1.10	85.0 bc
IT300101	40.0±1.10	45.9±1.40	85.9 bc
IT327431	40.0±9.50	46.1±8.30	86.1 bc
IT318563	32.2±11.0	54.5±4.50	86.7 bc
IT337264	36.7±0.00	50.0±0.00	86.7 bc
IT337266	42.2±0.00	45.6±0.00	87.8 bc
IT327435	39.5±13.3	48.9±9.20	88.4 bc
K016853	41.1±4.00	47.6±2.60	88.7 bc
IT274809	35.6±12.8	53.3±5.00	88.9 bc
K016851	38.9±0.00	51.1±0.00	90.0 bc
IT337265	43.4±11.0	47.2±5.00	90.6 bc
IT278442	40.4±14.3	50.4±13.0	90.8 bc
IT206705	40.7±8.20	50.4±7.70	91.1 bc
IT304147	33.9±0.80	57.4±12.7	91.3 bc
IT318561	42.2±4.50	50.5±4.50	92.7 bc
IT330624	41.5±6.1	52.2±9.6	093.7 bc
IT337254	44.4±5.9	49.3±5.5	093.7 bc
IT318560	42.6±14.9	51.5±5.0	094.1 bc
IT136657	42.3±4.7	52.2±2.2	094.5 bc
IT337294	44.5±3.2	50.0±1.1	094.5 bc
IT251924	44.4±3.0	50.4±6.2	094.8 bc
IT299973	47.0±13.0	50.7±8.2	097.7 bc
IT299987	43.9±4.7	53.9±3.5	097.8 bc
IT274375	34.5±3.2	63.9±1.7	098.4 bc
IT342476	48.4±10.3	50.0±7.8	098.4 bc
IT336227	39.6±5.0	58.9±9.5	098.5 bc
IT291431	46.7±8.8	51.9±4.6	098.6 bc
IT247008	45.6±15.4	53.7±9.6	099.3 bc
IT300054	46.5±4.1	54.4±4.2	100.9 b
IT330628	46.7±4.5	54.4±5.0	101.1 b
IT337259	48.4±0.8	52.8±0.5	101.2 b
IT301992	46.3±1.3	55.2±3.7	101.5 b
IT324823	46.1±16.5	55.6±8.9	101.7 b
IT274810	46.3±3.9	56.3±5.0	102.6 b
IT299971	45.5±4.9	57.8±6.3	103.3 b
IT299986	44.4±10.2	58.9±7.1	103.3 b
IT327436	45.2±3.6	58.2±1.0	103.4 b
IT220035	43.9±14.9	60.0±4.4	103.9 b
IT218259	48.5±8.5	56.3±4.7	104.8 b
IT219900	46.7±10.6	58.9±7.9	105.6 b
IT299988	46.3±9.4	59.3±4.5	105.6 b
IT289401	45.5±23.4	60.4±10.3	105.9 b
IT337255	47.8±7.8	58.5±10.5	106.3 b
IT300052	48.5±9.6	58.1±5.0	106.6 b
IT327433	50.0±3.1	56.7±7.8	106.7 b
IT273842	51.1±4.5	56.3±5.0	107.4 b
IT337271	42.2±11.1	65.9±7.8	108.1 b
IT136654	51.5±12.2	56.7±6.8	108.2 b
IT318564	50.0±6.7	59.3±10.6	109.3 b
IT337287	46.3±11.6	63.0±4.5	109.3 b
IT342471	46.6±6.9	64.5±7.9	111.1 b
IT303777	53.5±5.8	58.0±2.1	111.5 b
IT289253	45.6±14.5	66.3±9.0	111.9 b
IT318554	50.8±7.1	61.1±7.1	111.9 b
IT289400	49.6±6.2	62.6±1.4	112.2 b
IT337272	51.5±8.4	60.7±7.9	112.2 b
IT342474	48.9±0.0	63.3±0.0	112.2 b
IT251909	51.8±9.6	61.1±14.0	112.9 b
IT330623	51.1±15.7	62.8±15.0	113.9 b
IT299978	51.1±4.5	63.7±10.8	114.8 ab
IT342470	50.0±17.3	66.1±8.3	116.1 ab
IT327425	52.4±10.0	64.1±5.0	116.5 ab
IT330626	53.3±7.3	63.3±5.5	116.6 ab
IT206704	55.2±10.7	61.5±4.5	116.7 ab
IT247259	50.3±6.1	66.7±6.4	117.0 ab
IT337289	51.1±12.6	66.1±8.3	117.2 ab
IT289398	52.8±7.4	64.6±4.5	117.4 ab
IT274183	55.4±10.0	62.8±4.4	118.2 ab
IT318562	52.2±13.9	67.0±7.1	119.2 ab
IT336219	50.6±0.8	69.5±9.4	120.1 ab
IT274811	55.6±10.7	65.6±8.1	121.2 ab
IT327426	55.0±8.3	67.8±11.0	122.8 ab
IT299974	59.3±1.3	63.7±1.0	123.0 ab
IT300084	54.8±23.6	70.4±8.2	125.2 ab
IT273790	58.2±6.8	68.5±5.3	126.7 ab
IT337273	59.1±9.4	67.8±3.9	126.9 ab
IT247260	60.4±7.3	66.7±4.5	127.1 ab
IT289255	57.6±0.8	70.0±4.7	127.6 ab
IT337274	55.9±13.2	72.2±7.8	128.1 ab
IT337276	56.7±7.3	71.5±1.0	128.2 ab
IT337269	57.4±11.4	71.5±5.9	128.9 ab
IT337268	60.7±12.8	68.5±6.4	129.2 ab
IT337256	59.2±9.3	71.1±7.4	130.3 a
IT299976	57.3±0.8	73.1±8.7	130.4 a
IT337283	61.9±9.9	68.9±6.3	130.8 a
IT337263	64.1±5.3	69.2±4.3	133.3 a
IT337263	64.1±5.3	69.2±4.3	133.3 a
IT337275	61.9±12.2	73.3±5.9	135.2 a
IT337262	63.5±21.9	71.9±10.7	135.4 a
IT327434	63.7±11.0	72.6±11.3	136.3 a
IT299972	67.8±26.7	79.5±13.9	147.3 a
Redoneball 1115	49.3±7.6	60.7±1.4	110.0 b

^a Seedlings (four-leaf stage) of onion cultivars were inoculated with a spore suspension (1.0×10⁵ spores/ml) of Stemphylium vesicarium KACC 44530 by spray method. The plants were incubated in a humidity chamber at 20^°C for 48 hr and then transferred to a growth chamber at 25^°C and 80% RH with a 12-hr light/dark cycle. Five and 7 days after inoculation, the percent disease severity of plant was measured.

^b Each value represents the mean disease severity (±standard deviation) of three runs with five replicates each.

^c AUDPC = Σ _n _i ₌1[t(i + 1) - ti] × [DS(i + 1) + DSi]/2; n = number of assess-ments, ti = number of days elapsed from the inoculation day to the assessment date i, DSi = disease severity (%) on assessment date i.

^d Values labeled with the same letter are not significantly different based on Duncan's multiple range test at P=0.05.

접종 5일과 7일 후에 조사한 병반면적률(%)을 바탕으로 각 유전자원의 AUDPC를 계산한 결과, 실험한 품종 중 IT274921, IT304144, IT274929, IT274930은 통계적으로 유의차 없이 실험한 품종 중 낮은 AUDPC 값을 보였으며, 특히 IT274921은 가장 낮은 3.1의 AUDPC 값을 보였다(Table 2, Fig. 1). 이와 달리 IT299972, IT327434, IT337262, IT337275는 각각 147.3, 136.3, 135.4, 135.2의 높은 AUDPC 값을 나타냈다. 그리고 감수성 대조품종 ‘레드원볼 1115’의 AUDPC는 110이었다(Table 2). 따라서 실험한 유전자원 중 IT274921, IT304144, IT274929, IT274930은 잎마름병에 높은 저항성을 나타냈고(Table 2, Fig. 1A-D), IT299972(Fig. 1G), IT327434, IT337262, IT337275 (Fig. 1H), IT337263, IT337283, IT299976, IT337256은 잎마름병에 대해 높은 감수성 품종이라고 생각되었다(Table 2).

Fig. 1.

Development of Stemphylium leaf blight on seedlings of eight onion cultivars 7 days after inoculation of Stemphylium vesicarium KACC 44530. (A) ‘IT274921’; (B) ‘IT274929’; (C) ‘IT274930’; (D) ‘IT304144’; (E) ‘IT288913’; (F) ‘IT337291’; (G) ‘IT299972’; and (H) ‘IT337275’.

저항성으로 선발한 4개 유전자원에 대하여 접종 농도를 1.0×10⁵ spores/ml과 3.0×10⁵ spores/ml로 접종하고 5일 후에 잎마름병 발생을 조사한 결과, IT274921은 각각 0.6%와 17.8%, IT304144는 1.1%와 21.1%, IT274930은 1.7%와 35.6% 그리고 IT274929는 7.8%와 37.8%의 병반면적률(%)을 보였다(Fig. 2). 즉, 4개 유전자원 모두 3.0×10⁵ spores/ml로 접종하였을 때는 1.0×10⁵ spores/ml로 접종하였을 때보다 잎마름병 발생이 증가하였다. 저항성 유전자원으로 선발한 4개 유전자원 중 IT274921은 타지키스탄에서 확보한 ‘ TJK 35-6’ 자원이고, IT304144는 조지아로부터 도입한 ‘ GEO-PHJ-2015-7-8’ 자원이다. 그리고 IT274929과 IT274930은 불가리아로부터 도입한 자원으로 자원명은 각각 ‘ A7E0252’와 ‘ A7E0604’이다(Table 1). 그리고 이들은 실험을 위해 재배하였을 때 다른 양파 유전자원과 잎 모양이 다른 즉, 원통형이 아닌 마늘과 같은 잎형태를 보였다(Fig. 1). 따라서 농업유전자원센터에서는 양파로 공시하고 있으나, 잎 모양으로 판단할 때 코끼리마늘의 재배종인 leek (Allium ampeloprosum var. porrum)일 수도 있다.

Fig. 2.

Development of leaf blight on four onion cultivars caused by Stemphylium vesicarium according to concentration of spore suspension. Seedlings at four-leaf stage were inoculated with S. vesicarium KACC 44530 by spraying spore suspension of the fungus at concentrations of 1.0×10⁵ and 3.0×10⁵ spores/ml. The plants were incubated in a humidity chamber at 20^°C for 48 hr and then transferred to a growth chamber at 25^°C and 80% RH with a 12-hr light/dark cycle. Disease severity was measured 5 days after inoculation and represented as percentage of infected leaf area. The data were obtained from one run with three replicates each. Values labeled with the same letter within each line are not significantly different based on Duncan's multiple range test at P=0.05.

둥근 모양을 하고 있는 파와는 달리 엽신 안쪽이 반원형으로 들어가 있는 속이 빈 관 모양의 전형적인 양파 잎 모양을 보이는 유전자원, 즉 오동정 자원을 제외한 양파 유전자원 중에서 IT330615는 접종 5일 후에 18.9%의 병반면적률(%)을 보였으며, AUDPC는 40.0 값을 보여 가장 낮은 잎마름병 발생을 보였다(Table 2). 그 다음은 IT288913이 낮은 잎마름병 발생을 보였는데, 접종 5일 후의 25.6% 병반면적률(%)과 55.3의 AUDPC 를 나타냈다(Table 2, Fig. 1E). 따라서 실험한 양파(A. cepa) 유전자원 중 잎마름병에 대하여 가장 높은 저항성을 보이는 유전자원은 IT330615이고, 그 다음은 IT288913이었다. IT330615는 타지키스탄으로부터 도입한 ‘ CHN-CHOMC-2002-40’ 자원이고, IT288913은 중국으로부터 도입한 ‘ CHN-CHOMC-2002-40’ 자원이었다(Table 1).

본 연구에서 양파 유전자원의 잎마름병에 대한 저항성 검정에 사용한 S. vesicarium KACC 44530 균주는 충남 예산에서 채집한 마늘(A. sativum)로부터 분리한 균주로, Lee 등(2022a)이 실험한 6개 균주 중 가장 높은 병원력을 나타낸 균주이다. 유전자원의 저항성이 질적 저항성의 경우에는 실험하는 균주의 병원력에 따른 저항성 차이가 거의 없으나, 잎마름병에 대해 질적 저항성으로 보고된 양파 유전자원은 거의 없다. 유전자원의 저항성이 양적 저항성의 경우에는 Fig. 2처럼 접종 농도의 증가에 따라 저항성 정도에 차이를 보이고, 균주의 병원력에 반비례하게 저항성을 나타낸다는 보고들이 있으므로(Jo 등 2014, 2016; Lee 등, 2024), 선발된 유전자원 IT274921, IT304144, IT274929 및 IT274930 그리고 IT330615와 IT288913 자원은 KACC 44530 균주보다 병원력이 더 낮은 S. vesicarium 균주들에 대해서는 더 높은 저항성을 보일 것으로 추정되었다. 따라서 유전자원 IT274921, IT304144, IT274929 및 IT274930 그리고 IT330615와 IT288913은 잎마름병 저항성 육종에서 이용될 수 있을 것으로 생각되었다. 그리고 실험한 유전자원 중 8종 유전자원(IT299972, IT327434, IT337262, IT337275, IT337263, IT337283, IT299976, IT337256)은 감수성 대조품종인 ‘레드원볼 1115’보다 통계적으로 유의성 있게 높은 AUDPC 값을 보여, 이들은 잎마름병에 대하여 매우 감수성인 것으로 생각되었다(Table 2). 따라서 이들 유전자원은 양파 잎마름병 저항성 검정에서 감수성 대조품종으로 사용될 수 있을 것이다.

NOTES

Conflicts of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Acknowledgments

This study was carried out with the support of the Cooperative Research Program for Agriculture Science and Technology Development (Project no. PJ01481604), the Rural Development Administration, Republic of Korea and the Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) in-tramural funding [KK2461-10].

REFERENCES

Arshad, M. S., Sohaib, M., Nadeem, M., Saeed, F., Imran, A., Javed, A. et al. 2017. Status and trends of nutraceuticals from onion and onion by-products: a critical review. Cogent Food Agric. 3: 1280254.

Aveling, T. A. S., Snyman, H. G. and Naude, S. P. 1993. Evaluation of seed treatments for reducing Alternaria porri and Stemphylium vesicarium on onion seed. Plant Dis. 77: 1009-1011.

Basallote, M. J., Prados, A. M., Pérez de Algaba, A. and Melero-Vara, J. M. 1993. First report in Spain of two leaf spots of garlic caused by Stemphylium vesicarium. Plant Dis. 77: 952.

Behera, S., Santra, P., Chattopadhyay, S., Das, S. and Maity, T. K. 2013. Variation in onion varieties for reaction to natural infection of Alternaria porri (Ellis) ciff. and Stemphylium vesicarium (Wallr.). The Bioscan 8: 759-761.

Chandel, R., Kamil, D., Singh, S., Kumar, A., Patel, R., Verma, P. et al. 2022. Screening of short-day onions for resistance to Stemphylium leaf blight in the seed-to-bulb stage (stage I) and bulb-to-seed stage (stage II). Front. Plant Sci. 13: 1063685.

Chowdhury, H. A., Islam, N., Hossain, B., Ahmed, M., Mohsin, S. and Islam, R. 2015. A comparative analysis of culture media for optimizing the mycelial growth and sporulation of Stemphylium vesicarium cause of white blotch of onion. J. Agric. Sci. Technol. 5: 440-448.

Dangi, R., Sinha, P., Islam, S., Gupta, A., Kumar, A., Rajput, L. S. et al. 2019. Screening of onion accessions for Stemphylium blight resistance under artificially inoculated field experiments. Aus-tralasian Plant Pathol. 48: 375-384.

Hassan, M., Yousuf, V., Shah, T. A., Bhat, N. A., Bhat, Z. A., Majeed, M. et al. 2020. Stemphylium blight of onion: a review. Agric. Rev. 41: 51-58.

Hay, F. S., Sharma, S., Hoepting, C., Strickland, D., Luong, K. and Pethybridge, S. J. 2019. Emergence of Stemphylium leaf blight of onion in New York associated with fungicide resistance. Plant Dis. 103: 3083-3092.

Hussein, M. M. A., Abo-Elyousr, K. A. M., Hassan, M. A. H., Hashem, M., Hassan, E. A. and Alamri, S. A. M. 2018. Induction of defense mechanisms involved in disease resistance of onion blight disease caused by Botrytis allii. Egyptian J. Biol. Pest Control 28: 80.

Kádasi Horáková, M., Barta, M., Tancik, J., Pastirčák, M. and Pastirčáková, K. 2024. First report of Stemphylium vesicarium causing leaf blight of onion in Slovakia. J. Plant Dis. Protect. 131: 1-10.

Karabulut, E. and Gökçe, A. F. 2022. Determination of resistance levels of some onion cultivars or inbreed lines with Fusarium testing at seedling stage. HortiS 39: 1-7.

Javadzadeh, A., Ghorbanihaghjo, A., Bonyadi, S., Rashidi, M. R., Mesgari, M., Rashtchizadeh, N. et al. 2009. Preventive effect of onion juice on selenite-induced experimental cataract. Indian J. Ophthalmol. 57: 185-189.

Jeger, M. J. and Viljanen-Rollinson, S. L. H. 2001. The use of the area under the disease-progress curve (AUDPC) to assess quantitative disease resistance in crop cultivars. Theor. Appl. Genet. 102: 32-40.

Jo, E. J., Jang, K. S., Choi, Y. H., Ahn, K. G. and Choi, G. J. 2016. Resistance of cabbage plants to isolates of. Plasmodiophora brassicae. Hortic. Sci. Technol. 34: 442-452. (In Korean)

Jo, S.-J., Shim, S.-A., Jang, K. S., Choi, Y. H., Kim, J.-C. and Choi, G. J. 2014. Resistance of chili pepper cultivars to isolates of Phytoph-thora capsici. Hortic. Sci. Technol. 32: 66-76. (In Korean)

Leach, A., Hay, F., Harding, R., Damann, K. C. and Nault, B. 2020. Relationship between onion thrips (Thrips tabaci) and Stemphylium vesicarium in the development of Stemphylium leaf blight in onion. Ann. Appl. Biol. 176: 55-64.

Lee, J. and Mitchell, A. E. 2011. Quercetin and isorhamnetin glycosides in onion (Allium cepa L.): varietal comparison, physical distribution, coproduct evaluation, and long-term storage stability. J. Agric. Food Chem. 59: 857-863.

Lee, J. J., Choi, Y. H., Kim, H., Kim, J.-C. and Choi, G. J. 2022a. Development of an in vivo bioassay method on leaf blight of onion caused by Stemphylium vesicarium. Korean J. Pestic. Sci. 26: 83-93.

Lee, J. J., Kim, H., Kim, J.-C. and Choi, G. J. 2022b. A bioassay for testing garlic resistance to leaf blight caused by. Stemphylium vesicarium. Hortic. Sci. Technol. 40: 324-337. (In Korean)

Lee, S. M., Lee, J. J., Kim, H. and Choi, G. J. 2024. Differential resistance of radish cultivars against bacterial soft rot caused by Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum. Plant Pathol. J. 40: 151-159.

Luitel, B. P., Han, J. W., Cho, M. C. and Choi, M.-S. 2023a. Variation in phenotypic traits in onion (Allium cepa L.) germplasm collections. Korean J. Plant Res. 36: 237-255.

Luitel, B. P., Han, J. W., Kang, S. H., Cho, M. C. and Choi, M.-S. 2023b. Variations in seed yield and related traits in onion (Allium cepa L.) germplasm collections. Hortic. Sci. Technol. 42: 68-79.

Manjunathagowda, D. C. 2022. Genetic enhancement of onion germplasm through population improvement. Plant Physiol. Rep. 27: 73-80.

Maude, R. B. 1990. Leaf diseases of onions. In: Onion and Allied Crops, Vol II, eds. by H. D. Rabinowitch and J. L. Brewster, pp. 173-189. CRC Press, Boca Raton, FL, USA.

Mishra, R. K. and Gupta, R. P. 2012. In vitro evaluation of plant extracts, bio-agents and fungicides against purple blotch and Stemphylium blight of onion. J. Med. Plant Res. 6: 5658-5661.

Mishra, R. K., Jaiswal, R. K., Kumar, D., Saabale, P. R. and Singh, A. 2014. Management of major diseases and insect pests of onion and garlic: a comprehensive review. J. Plant Breed. Crop Sci. 6: 160-170.

Paibomesai, M., Celetti, M. and Tesfaendrias, M. 2012. Update on Stemphylium leaf blight in onions in Ontario. Hort. Matters. 12: 11-12.

Ryu, Y.-H., Huh, C.-S., Kim, D.-G., Yeon, I.-K., Jo, W.-S. and Ryu, J.-A. 2015. Controlling effect of some environmentally friendly agents on garlic leaf blight in garlic. Korean J. Organic Agri. 23: 347-357. (In Korean)

Sharma, S. N. and Sain, R. S. 2003. RO-1 an improved onion variety for the warmer areas of Rajasthan. Indian J. Genet. 63: 281-282.

Sharma, V. R., Malik, S., Kumar, M. and Sirohi, A. 2018. Assessment of genetic diversity in garlic (Allium sativum L.) genotypes based on ISSR markers. J. Pharmacogn. Phytochem. 7: 3119-3124.

Shishkoff, N. and Lorbeer, J. W. 1989. Etiology of Stemphylium leaf blight of onion. Phytopathology 79: 301-304.

Stricker, S. M., Tayviah, C. S., Gossen, B. D. and Mcdonald, M. R. 2021. Fungicide efficacy and timing for the management of Stemphylium vesicarium on onion. Can. J. Plant Pathol. 43: 275-287.

Wang, H., Wu, Y., Liu, X., Du, Z., Qiu, Y., Song, J. et al. 2019. Resistance and clonal selection among Allium sativum L. germplasm resources to Delia antiqua M. and its correlation with allicin content. Pest Manag. Sci. 75: 2830-2839.

Zheng, L., Lv, R., Huang, J., Jiang, D., Liu, X. and Hsiang, T. 2010. Integrated control of garlic leaf blight caused by Stemphylium solani in China. Can. J. Plant Pathol. 32: 135-145.