Occurrence of Meloidogyne incognita Infecting Resistant Cultivars and Development of an Efficient Screening Method for Resistant Tomato to the Mi-virulent Nematode

Root-knot symptoms were found on a commercial tomato cultivar carrying Mi, a resistance gene to root-knot nematodes including Meloidogyne incognita, M. arenaria, and M. javanica in 2012 at Buyeo, Chungnam Province in Korea. The isolate was identified as M. incognita based on molecular analyses using two species-specific primer sets. Pathogenicity of the isolate on one susceptible and three resistant tomato cultivars to the root-knot nematodes was tested. The nematode isolate showed strong pathogenicity on all the tested cultivars at all tested incubation temperatures. In addition, resistance degree of 33 commercial tomato cultivars, 8 susceptible and 25 resistant cultivars to root-knot nematodes, was also tested. Plants were determined as resistant when they suppressed the nematode reproduction. All the cultivars demonstrated strong susceptibility to the nematode regardless of resistance of the tomato cultivars. To our knowledge, this is the first report on the occurrence of Mi infecting M. incognita isolate in Korea. On the other hand, to construct an efficient screening method for selecting resistant breeding source to the nematode isolate, root-knot development of M. incognita on four tomato cultivars according to several conditions such as inoculum concentration, plant growth stage, and incubation period after transplant was investigated. Reproduction of the nematode on all the tested cultivars according to inoculum concentration increased in a dose-dependent manner. Except for inoculum concentration, there was no significant difference in reproduction level of the cultivars according to the other tested conditions. On the basis of the results, we suggest an efficient screening method for new resistant tomato to the nematode isolate. Additional key words: breeding, egg mass, resistance, root-knot nematode, species-specific primer *Corresponding author: kjchoi@krict.re. kr ※ Received 21 August 2013; Revised 8 October 2013; Accepted 19 November 2013. 본 연구는 농림수산식품부 생명산업기술개발사업의 채소병리 검정지원사업단(과제번호: 609002-5호)의 지원에 의해 이루어진 것이다. C 2014 Korean Society for Horticultural Science 서 언 뿌리혹선충(Meloidogyne spp.)은 전 세계적으로 각종 작물 에 큰 피해를 주고 있으며, 뿌리혹선충에 감염된 작물은 뿌 리에 혹이 형성되기 때문에 뿌리혹선충에 의한 피해를 쉽게 진단할 수 있다. 뿌리혹선충의 기주는 식량작물, 원예작물, 목본류 등 2,000여 종에 이르고, Meloidogyne 속 선충은 70 종 이상이나 경제적으로 큰 피해를 입히는 것은 Meloidogyne incognita, M. arenaria, M. javanica 및 M. hapla 등 4종으로 알려져 있다(Barham and Winstead, 1957; Choi and Choo, 1978). 시설과채류에서는 M. incognita와 M. arenaria에 의 한 피해가 크고, 노지에서는 M. hapla에 의한 피해가 심하다 Kor. J. Hort. Sci. Technol. 32(2), April 2014 218 (Kim, 2001; Kim et al., 2001; Mitkowski and Abawi, 2003). 뿌리혹선충의 1세대는 약 30-60일 정도이며, 온도나 환경의 변화에 의해서 세대기간이 더 짧아질 수 있으며, 시설에서 한 작물을 연작하면 피해가 더 커지는 특징을 나타낸다(Cho et al., 2000; Kim and Han, 1998). 가지과 작물에 속하는 토 마토(Solanum lycopersicum L.)는 재배 면적 및 생산량이 증 가하는 추세이고, 주로 시설재배에 의존하여 연작재배하기 때문에 뿌리혹선충병 발생이 큰 문제가 되고 있다. 뿌리혹선충병의 방제는 화학적 방제, 물리적 방제(태양열 소독, 온탕 침지법), 재배적 방제(답전윤환, 저항성 품종 재 배, 비기주 작물과 윤작) 및 생물적 방제(살선충 곰팡이, 천 연물) 등의 방법들이 알려져 있다(Chon et al., 1996). 최근 약효가 우수한 살선충제를 이용한 선충 방제가 이루어지고 있지만, 토양 및 물의 이동, 유묘, 농기구 등에 의한 재오염 이 지속적으로 발생되고 있어 근본적인 방제 방법으로 인 식되지 못하고 있다. 최근에는 환경친화적인 측면에서 살선 충 물질을 함유한 식물 추출물을 이용하여 방제하고자 시 도하고 있다(Kim et al., 1998; Oka et al., 2012; Wiratno et al., 2009). 하지만 뿌리혹선충은 기주 범위가 매우 넓어 경 제성이 높은 비기주 저항성 윤작 작물을 찾기가 어렵다. 따 라서 장기적으로는 가장 환경친화적 방제 방법인 저항성 품 종이나 저항성 대목을 이용한 접목 재배가 효과적일 것이다 (Kinloch and Hinson, 1972; Rhoades, 1976). 균류병 및 세균병에 대한 작물의 저항성에서와 달리 선 충에 대한 저항성은 식물에 뿌리혹선충병이 발생하지 않는 immune이 아니고, 선충의 reproduction을 억제하는 것 즉 뿌리 혹에 선충의 난낭(egg mass) 형성이 억제되는 것으로 정의하고 있다(Trudgill, 1991). 토마토 품종에 있어서 뿌리 혹선충에 대한 저항성 유전자는 야생 토마토 품종 Solanum peruvianum에서 보고된 단일 우성유전자 Mi을 도입한 것이 다(Bailey, 1941; Gilbert and McGuire, 1956). 이 Mi 유전자 는 주요 뿌리혹선충 중 M. incognita, M. javanica 및 M. arenaria에는 저항성을 나타내나, M. hapla에는 저항성을 나타내지 못한다(Barham and Winstead, 1957; Gilbert and McGuire, 1956; Roberts and Thomason, 1986). 이들 뿌리혹 선충은 Mi 저항성과 감수성 토마토 모두를 침입할 수 있으 나, 저항성 품종에서는 침입 이후에 기주의 저항성 반응(HR, hypersensitive reaction)에 의하여 선충은 feeding site를 만 들지 못하고 더 이상 병 진전이 일어나지 않는다(Dropkin, 1969; Ho et al., 1992; Paulson and Webster, 1972). 그리고 이 저항성 반응은 접종 12시간 후에 볼 수 있으며, 선충에 대한 기주의 감수성 혹은 저항성은 접종 후 2-3일 이내에 결 정된다고 알려져 있다(Dropkin, 1969; Paulson and Webster, 1972). 또한 토마토의 Mi 저항성은 28°C 이상의 토양 온도에 서는 뿌리혹선충에 대한 저항성이 발현되지 않는다(Dropkin,