쌀(Oryza sativa L.)은 세계 3대 곡물중의 하나이며 우리나 라를 포함한 아시아 지역에서 전 세계 쌀 생산량의 90% 이 상이 생산되는 중요한 식량원이다(Juliano, 2003; Kim et al., 2012). 쌀의 주요성분은 아밀로스와 단백질로 구성되며 품종에 따라 성분 함량이 다르다. 쌀을 주식으로 하는 나라 에서는 이들 성분의 특정 함량을 가진 쌀 품종을 선호하는 경향이 있으며, 따라서 품종육성연구의 경우 아밀로스 성 분이 중요 지표 자료로 활용되기도 한다(Kim, 2004). 아밀 근적외선분광분석에 의한 동아시아 지역 재래종 벼 유전자원의 아밀로스 및 단백질 함량 변이분석 오세종 1 ・ 최유미 2 ・ 윤혜명 2 ・ 이수경 2 ・ 유은애 2 ・ 이명철 1 ・ Muhammad Rauf 3 ・ 채병수 4,† Statistical Analysis of Amylose and Protein Content in Landrace Rice Germplasm Collected from East Asian Countries Based on Near-Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) Sejong Oh 1 , Yu Mi Choi 2 , Hyemyeong Yoon 2 , Sukyeung Lee 2 , Eunae Yoo 2 , Myung Chul Lee 1 , Muhammad Rauf 3 , and Byungsoo Chae 4,† ABSTRACT A statistical analysis of 4,380 non-glutinous landrace rice germplasm collected from four East Asian countries namely South Korea (1,032), North Korea (994), Japan (800), and China (528) was conducted using normal distribution, variability index value (VIV), analysis of variation (ANOVA), and Duncan’s multiple range test (DMRT) based on a data obtained from Near-Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) analysis. In normal distribution, the average protein content was 8.2%, and the non-glutinous rice amylose, ranging over 10%, was found to be 22.0%. Protein content in most gremplasm was between 5.4 and 10.9%, and amylose content was between 15.0 and 28.9%. The VIV was 0.50 for protein, and 0.81 for non-glutinous rice amylose content. The average amylose content was 23.34% in Chinese, 21.55% in South Korean, 21.45% in Japanese, and 20.48% in North Korean resources, while the average protein content was found to be 9.02% in Chinese, 8.06% in Japanese, 8.04% in North Korean, and 7.99% in South Korean resources. ANOVA of amylose and protein content showed significant differences at p=0.01. The F-test value for amylose content was 94.92, and for protein content was 81.82 compared to the critical value of 3.79. DMRT of amylose and protein content revealed significant differences (p<0.01). Among the various germplasm obtained from different countries, that from North Korean had the lowest level of amylose content, whereas that from South Korea had the lowest level of protein content than all other resources. Chinese resources had the highest level of amylose and protein content. It is recommended to use these results in breeding fields. Keywords : Amylose, ANOVA, DMRT, Landrace rice germplasm, NIRS, Normal distribution, Protein 한작지(Korean J. Crop Sci.), 64(2): 70~88(2019) DOI : https://doi.org/10.7740/kjcs.2019.64.2.070 Original Research Article ⓒ 본 학회지의 저작권은 한국작물학회지에 있으며, 이의 무단전재나 복제를 금합니다. This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 1) 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 연구관 (Senior Researcher, National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea) 2) 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 연구사 (Researcher, National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea) 3) 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 박사후연구원 (Post-doc, National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea) 4) 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 석사후전문연구원 (Master’s Degree Researcher, National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea) † Corresponding author: Byungsoo Chae; (Phone) +82-63-238-4910; (E-mail) [email protected]<Received 4 April, 2019; Revised 30 May, 2019; Accepted 10 June, 2019> ISSN 0252-9777(Print) ISSN 2287-8432(Online)
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Statistical Analysis of Amylose and Protein Content in Landrace …cropbio.or.kr/articles/pdf/x2bx/kjcs-2019-064-02-1.pdf · 2019-07-04 · 쌀(Oryza sativa L.)은 세계 3대 곡물중의
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Statistical Analysis of Amylose and Protein Content in Landrace Rice Germplasm Collected from East Asian Countries Based on Near-Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS)
Sejong Oh1, Yu Mi Choi
2, Hyemyeong Yoon
2, Sukyeung Lee
2, Eunae Yoo
2, Myung Chul Lee
1, Muhammad Rauf
3, and
Byungsoo Chae4,†
ABSTRACT A statistical analysis of 4,380 non-glutinous landrace rice germplasm collected from four East Asian countries
namely South Korea (1,032), North Korea (994), Japan (800), and China (528) was conducted using normal distribution,
variability index value (VIV), analysis of variation (ANOVA), and Duncan’s multiple range test (DMRT) based on a data obtained
from Near-Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) analysis. In normal distribution, the average protein content was 8.2%, and
the non-glutinous rice amylose, ranging over 10%, was found to be 22.0%. Protein content in most gremplasm was between 5.4
and 10.9%, and amylose content was between 15.0 and 28.9%. The VIV was 0.50 for protein, and 0.81 for non-glutinous rice
amylose content. The average amylose content was 23.34% in Chinese, 21.55% in South Korean, 21.45% in Japanese, and 20.48%
in North Korean resources, while the average protein content was found to be 9.02% in Chinese, 8.06% in Japanese, 8.04% in
North Korean, and 7.99% in South Korean resources. ANOVA of amylose and protein content showed significant differences at
p=0.01. The F-test value for amylose content was 94.92, and for protein content was 81.82 compared to the critical value of 3.79.
DMRT of amylose and protein content revealed significant differences (p<0.01). Among the various germplasm obtained from
different countries, that from North Korean had the lowest level of amylose content, whereas that from South Korea had the lowest
level of protein content than all other resources. Chinese resources had the highest level of amylose and protein content. It is
recommended to use these results in breeding fields.
Keywords : Amylose, ANOVA, DMRT, Landrace rice germplasm, NIRS, Normal distribution, Protein
한작지(Korean J. Crop Sci.), 64(2): 70~88(2019)
DOI : https://doi.org/10.7740/kjcs.2019.64.2.070
Original Research Article
ⓒ 본 학회지의 저작권은 한국작물학회지에 있으며, 이의 무단전재나 복제를 금합니다.
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
1)농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 연구관 (Senior Researcher, National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural
Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea)2)농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 연구사 (Researcher, National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural
Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea)3)농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 박사후연구원 (Post-doc, National Agrobiodiversity Center, National Institute of Agricultural
Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea)4)농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터 석사후전문연구원 (Master’s Degree Researcher, National Agrobiodiversity Center, National
Institute of Agricultural Sciences, RDA, Jeonju 54874, Korea)
South Korea 21.55 3.80 0.42 21.13 (21.55-0.42) 21.55 21.45
Japan 21.45 3.64 0.40 21.05 (21.45-0.40) 21.45
North Korea 20.48 - - - 20.48
※
0.11
Table 14. DMRT table of non-glutinous protein content in landrace rice germplasm based on countries of origin.
Origin Protein (%) SSR0.01 LSR0.01 Protein-LSR0.01 DMRT
China 9.02 3.90 0.20 8.82 (9.02-0.20) 9.02
Japan 8.06 3.80 0.19 7.87 (8.06-0.19) 8.06 8.04 7.99
North Korea 8.04 3.64 0.18 7.86 (8.04-0.18) 8.04 7.99
South Korea 7.99 - - - -
※
0.05
Table 15. Amylose and protein contents of non-glutinous in landrace rice germplasm based on countries of origin.
OriginAmylose (%) Protein (%)
Meanz Min. Max. Mean Min. Max.
South Korea 21.55±3.34ay 10.00 35.07 7.99±1.23a 5.27 17.45
Japan 21.45±2.94a 10.10 33.91 8.06±1.10a 5.41 12.18
North Korea 20.48±2.76b 10.05 32.50 8.04±1.16a 5.47 15.61
China 23.34±3.75c 10.14 33.76 9.02±2.05b 5.72 16.48zMean mean±standard deviation.yMean separation within columns by Duncan’s multiple range test at p=0.01.
재래종 벼의 아밀로스 및 단백질 함량 변이분석 87
있으며 특히 밥맛검정 과정에서 NIRS를 이용하여 아밀로
스, 단백질, 지방, 수분함량을 평가하고 있다(Park, 2005).
일본 소비자들은 아밀로스 함량이 낮은 벼 품종을 선호하
기 때문에 일본자원의 품종 기준은 비교적 낮은 아밀로스
와 낮은 단백질 함량에 있다고 사료된다.
적 요
본 연구는 선행연구에서 개발된 근적외선 분광분석(NIRS)
예측모델을 활용하여 측정된 국내외 재래종 메벼 유전자원
의 아밀로스 및 단백질 함량 자료를 통계처리 하여 자원의
지리적 특성과 성분 함량에 대한 정확한 정보를 제공하기
위해 실시하였다.
1. 정규분포분석 결과 메벼 유전자원의 아밀로스 평균은
22.0%였고, 단백질 평균은 8.2%였으며 전체 자원의 95%
를 차지하는 자원들의 함량범위는 아밀로스의 경우 15.0-
28.9%, 단백질은 5.4-10.9%였다. 자원의 다양성지수는
아밀로스의 경우 0.81, 단백질은 0.50이었다.
2. ANOVA, DMRT에 사용된 자원 수는 한국 자원의 경우
1,032, 북한은 994, 일본은 800, 중국은 528자원이었다.
국가별 아밀로스 평균함량은 중국 자원의 경우 23.34%,
한국 자원은 21.55%, 일본 자원은 21.45%, 북한 자원은
20.48%였다. 단백질 평균함량은 중국 자원의 경우 9.02%,
일본 자원은 8.06%, 북한 자원은 8.04%, 한국 자원은
7.99%였다. ANOVA 결과 벼 유전자원의 아밀로스 및
단백질 함량은 국가별 차이가 있었고 1% 유의수준에서
차이가 인정되었다.
3. DMRT 결과 국가별 아밀로스 함량은 한국과 일본, 북한,
중국의 세 집단으로 나눌 수 있었으며 각 집단 간 아밀
로스 함량차이는 1% 유의수준에서 차이가 인정되었다.
단백질 함량의 경우 한국, 일본, 북한과 중국의 두 집단
으로 나눌 수 있었으며 각 집단 간 단백질 함량차이는
1% 유의수준에서 차이가 인정되었다. 북한 자원은 가장
낮은 아밀로스 평균함량을 나타냈고, 한국 자원은 가장
낮은 단백질 평균함량을 나타냈다. 이에 비해 중국 자원
은 가장 높은 아밀로스와 단백질 평균함량을 나타냈다.
이러한 지리적 분포에 따른 벼 자원 간 함량차이는 각
지역별 자원 선호도와 품종 특성이 반영된 결과라고 할
수 있다.
사 사
본 연구는 농촌진흥청 농업과학기술연구 개발사업(과제
번호: PJ01353904)의 지원에 의해 이루어졌습니다.
인용문헌(REFERENCES)
Ahn, H.G. and Y.H. Kim. 2012. Discrimination of Korean
domestic and foreign soybeans using near-infrared
reflectance spectroscopy. Korean J. Crop Sci. 57(3) :
296-300.
Bagchi, T.B., S. Sharma and K. Chattopadhyay. 2016. De-
velopment of NIRS models to predict protein and amylose
content of brown rice and proximate compositions of rice