[학위논문]Development of Molecular Markers for High-throughput Selection of Phytophthora Crown and Root Rot Resistance in Strawberry (Fragaria × ananassa Duch.)원문보기
딸기의 지제부와 뿌리에서 주로 발생하는 딸기 역병(Phytophthora crown and root rot; PhCR)은 난균류 (oomycetes)인 Phytophthora cactorum에 의해 발병하는 병으로, 전세계적으로 널리 퍼져 있고 경제적 피해가 심한 병이다. 딸기 역병을 오랜 기간 예방하고 방제할 수 있는 가장 효과적인 방법은 병 저항성 딸기 품종을 재배하는 것이다. 따라서 역병 저항성 관련 유전자들이 집적된 이상적인 후대를 얻기 위해서는 저항성 유전자에 특이적인 DNA 마커와 고속대량 분자표지인자의존 선발시스템(high-throughput marker-assisted selection system) 개발이 요구된다. 이전의 연구에서 역병 저항성과 연관된 ...
딸기의 지제부와 뿌리에서 주로 발생하는 딸기 역병(Phytophthora crown and root rot; PhCR)은 난균류 (oomycetes)인 Phytophthora cactorum에 의해 발병하는 병으로, 전세계적으로 널리 퍼져 있고 경제적 피해가 심한 병이다. 딸기 역병을 오랜 기간 예방하고 방제할 수 있는 가장 효과적인 방법은 병 저항성 딸기 품종을 재배하는 것이다. 따라서 역병 저항성 관련 유전자들이 집적된 이상적인 후대를 얻기 위해서는 저항성 유전자에 특이적인 DNA 마커와 고속대량 분자표지인자의존 선발시스템(high-throughput marker-assisted selection system) 개발이 요구된다. 이전의 연구에서 역병 저항성과 연관된 유전자좌(quantitative trait locus; QTL)를 찾고 유전자 연관 지도(linkage map)를 작성하기 위해, 8배체인 재배용 딸기(Fragaria × ananassa Duchesne) 유전체의 단일염기변이(single nucleotide polymorphism; SNP) 유전형 분석이 수행되었다. 그리고 Pedigree 기반 QTL 분석을 이용하여, linkage group 7D에 위치하는 역병 저항성과 연관된 단일 유전자좌, FaRPc2가 발견되었다. FaRPc2에서 우성(predominant)인 4개의 haplotype들(H1, H2, H3, H4)이 발견되었는데 그 중 2개의 haplotype들(H2와 H3)이 역병 저항성과 연관이 있는 것으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 1) 딸기 육종에 적용할 수 있는 고속대량 분자표지인자의존 선발시스템을 개발하고, 2) FaRPc2에서 딸기 역병 저항성과 관련된 SNP들을 이용하여 고속대량 분자표지 마커들을 개발하고, 3) FaRPc2에서 병 저항성 유전자들이 밀집되어 있는 지역을 찾는 fine-mapping을 통해 역병 저항성 관련 유전자들을 찾고자 하였다. 첫번째로, 수산화나트륨(NaOH)을 사용한 DNA 추출방법과 복숭아향 관련 유전자인 FaFAD1 특이적 분자마커를 사용한 high-resolution melting(HRM) 분석을 결합하여 딸기에 적용 가능한 고속대량 분자표지인자의존 선발시스템이 개발되었다. 그리고 두번째로, FaRPc2에서 총 27개의 HRM 마커들과 하나의 Kompetitive Allele Specific PCR (KASP) 마커 세트를 제작하였고 fine-mapping을 위해 사용되었다. 4개의 HRM 마커와 하나의 KASP 마커 세트는 저항성 haplotype인 H3과 관련이 있었으며 7개의 HRM 마커는 또 다른 저항성 haplotype인 H2와 관련이 있는 것으로 나타났다. 총 277개의 8배체 딸기 accession들을 이용하여 선발된 H3 HRM 마커들로 분석한 결과, FaRPc2에서 H3와 밀접한 관련이 있는 약 402 kb의 유전적 지역을 발견하였다. F. vesca ssp. bracteata 기반 유전체 데이터베이스를 통해 402 kb 지역에는 총 89개의 유전자가 존재하고 있고, 그 중 19개의 유전자들만이 병 저항성과 관련이 있다는 것을 알 수 있었다. 앞으로, FaRPc2를 가지고 있는 딸기 역병 저항성 accession들의 저항성 유전자 유전 변이 분석에 대한 더 많은 연구가 이루어져야 한다. 본 연구를 통해 딸기에서 적용 가능한 고속대량 분자표지인자 의존 선발시스템과 딸기 역병 저항성과 관련된 FaRPc2의 SNP 기반 마커들이 성공적으로 개발되었다. 이러한 결과들은 새로운 딸기 역병 저항성 품종 육종에 활용될 것으로 기대된다. 또한 FaRPc2에서 찾은 약 402 kb의 지역은 딸기 유전체에서 역병 저항성 유전자 클로닝 연구의 귀중한 자료로 사용될 것이다.
딸기의 지제부와 뿌리에서 주로 발생하는 딸기 역병(Phytophthora crown and root rot; PhCR)은 난균류 (oomycetes)인 Phytophthora cactorum에 의해 발병하는 병으로, 전세계적으로 널리 퍼져 있고 경제적 피해가 심한 병이다. 딸기 역병을 오랜 기간 예방하고 방제할 수 있는 가장 효과적인 방법은 병 저항성 딸기 품종을 재배하는 것이다. 따라서 역병 저항성 관련 유전자들이 집적된 이상적인 후대를 얻기 위해서는 저항성 유전자에 특이적인 DNA 마커와 고속대량 분자표지인자의존 선발시스템(high-throughput marker-assisted selection system) 개발이 요구된다. 이전의 연구에서 역병 저항성과 연관된 유전자좌(quantitative trait locus; QTL)를 찾고 유전자 연관 지도(linkage map)를 작성하기 위해, 8배체인 재배용 딸기(Fragaria × ananassa Duchesne) 유전체의 단일염기변이(single nucleotide polymorphism; SNP) 유전형 분석이 수행되었다. 그리고 Pedigree 기반 QTL 분석을 이용하여, linkage group 7D에 위치하는 역병 저항성과 연관된 단일 유전자좌, FaRPc2가 발견되었다. FaRPc2에서 우성(predominant)인 4개의 haplotype들(H1, H2, H3, H4)이 발견되었는데 그 중 2개의 haplotype들(H2와 H3)이 역병 저항성과 연관이 있는 것으로 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 1) 딸기 육종에 적용할 수 있는 고속대량 분자표지인자의존 선발시스템을 개발하고, 2) FaRPc2에서 딸기 역병 저항성과 관련된 SNP들을 이용하여 고속대량 분자표지 마커들을 개발하고, 3) FaRPc2에서 병 저항성 유전자들이 밀집되어 있는 지역을 찾는 fine-mapping을 통해 역병 저항성 관련 유전자들을 찾고자 하였다. 첫번째로, 수산화나트륨(NaOH)을 사용한 DNA 추출방법과 복숭아향 관련 유전자인 FaFAD1 특이적 분자마커를 사용한 high-resolution melting(HRM) 분석을 결합하여 딸기에 적용 가능한 고속대량 분자표지인자의존 선발시스템이 개발되었다. 그리고 두번째로, FaRPc2에서 총 27개의 HRM 마커들과 하나의 Kompetitive Allele Specific PCR (KASP) 마커 세트를 제작하였고 fine-mapping을 위해 사용되었다. 4개의 HRM 마커와 하나의 KASP 마커 세트는 저항성 haplotype인 H3과 관련이 있었으며 7개의 HRM 마커는 또 다른 저항성 haplotype인 H2와 관련이 있는 것으로 나타났다. 총 277개의 8배체 딸기 accession들을 이용하여 선발된 H3 HRM 마커들로 분석한 결과, FaRPc2에서 H3와 밀접한 관련이 있는 약 402 kb의 유전적 지역을 발견하였다. F. vesca ssp. bracteata 기반 유전체 데이터베이스를 통해 402 kb 지역에는 총 89개의 유전자가 존재하고 있고, 그 중 19개의 유전자들만이 병 저항성과 관련이 있다는 것을 알 수 있었다. 앞으로, FaRPc2를 가지고 있는 딸기 역병 저항성 accession들의 저항성 유전자 유전 변이 분석에 대한 더 많은 연구가 이루어져야 한다. 본 연구를 통해 딸기에서 적용 가능한 고속대량 분자표지인자 의존 선발시스템과 딸기 역병 저항성과 관련된 FaRPc2의 SNP 기반 마커들이 성공적으로 개발되었다. 이러한 결과들은 새로운 딸기 역병 저항성 품종 육종에 활용될 것으로 기대된다. 또한 FaRPc2에서 찾은 약 402 kb의 지역은 딸기 유전체에서 역병 저항성 유전자 클로닝 연구의 귀중한 자료로 사용될 것이다.
Phytophthora crown and root rot (PhCR) caused by Phytophthora cactorum is a widespread and destructive disease in the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa Duchesne). Host resistance is the most suitable way to control this disease for a long-term management. Thus, to gain an ideal breeding acc...
Phytophthora crown and root rot (PhCR) caused by Phytophthora cactorum is a widespread and destructive disease in the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa Duchesne). Host resistance is the most suitable way to control this disease for a long-term management. Thus, to gain an ideal breeding accession accumulated genes for the PhCR resistance, it is necessary to develop DNA markers and a high-throughput marker-assisted selection (MAS) system in cultivated strawberry. In the previous study, single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping data of octoploid strawberry genome was used to construct a genetic linkage map and identify quantitative trait loci (QTLs) linked to the PhCR resistance. A major QTL associated with the PhCR resistance, FaRPc2, was identified at the linkage group 7D using pedigree-based QTL analysis. Four predominant haplotypes (H1, H2, H3, and H4) were found in the FaRPc2 region. The H2 and H3 were closely associated with the resistance to PhCR. Thus the objectives of this study are 1) to develop a high-throughput MAS system for the strawberry breeding, and 2) to develop the SNP-based high-throughput molecular markers linked to the PhCR resistance in the FaRPc2, and 3) to find candidate disease resistance genes (R-genes) by conducting fine-mapping of FaRPc2. Firstly, a high-throughput MAS system suitable for octoploid strawberry was developed by combining with modified NaOH-based DNA extraction and high-resolution melting (HRM) analysis using the specific markers of FaFAD1, peach-like aroma and flavor gene. Secondly, a total of 27 HRM markers and one Kompetitive Allele Specific PCR (KASP) marker set were developed in the FaRPc2 locus and used for fine-mapping analysis. Four HRM markers and one KASP marker set associated with the PhCR resistance haplotype H3 were identified. Seven HRM markers associated with the PhCR resistance haplotype H2 were identified. The result of HRM marker analysis with 277 octoploid strawberry accessions revealed that the FaRPc2 region associated with H3 is approximately 402 kb. Using F. vesca ssp. bracteata genome database, 89 candidate genes were found in the 402 kb region of FaRPc2. Among them, a total of 19 genes encode proteins related to disease resistance. Further studies are needed to conduct identification of genetic variation of R-genes in the PhCR resistant accessions possessing FaRPc2. A high-throughput MAS system and SNP-based markers linked to FaRPc2 was successfully developed for the PhCR resistance of strawberry in this study. These foundings will greatly facilitate development of new strawberry cultivars for the PhCR resistance. In addition, the FaRPc2 locus delimited to the 402 kb region will be valuable for cloning candidate genes for the PhCR resistance in cultivated strawberry.
Phytophthora crown and root rot (PhCR) caused by Phytophthora cactorum is a widespread and destructive disease in the cultivated strawberry (Fragaria × ananassa Duchesne). Host resistance is the most suitable way to control this disease for a long-term management. Thus, to gain an ideal breeding accession accumulated genes for the PhCR resistance, it is necessary to develop DNA markers and a high-throughput marker-assisted selection (MAS) system in cultivated strawberry. In the previous study, single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping data of octoploid strawberry genome was used to construct a genetic linkage map and identify quantitative trait loci (QTLs) linked to the PhCR resistance. A major QTL associated with the PhCR resistance, FaRPc2, was identified at the linkage group 7D using pedigree-based QTL analysis. Four predominant haplotypes (H1, H2, H3, and H4) were found in the FaRPc2 region. The H2 and H3 were closely associated with the resistance to PhCR. Thus the objectives of this study are 1) to develop a high-throughput MAS system for the strawberry breeding, and 2) to develop the SNP-based high-throughput molecular markers linked to the PhCR resistance in the FaRPc2, and 3) to find candidate disease resistance genes (R-genes) by conducting fine-mapping of FaRPc2. Firstly, a high-throughput MAS system suitable for octoploid strawberry was developed by combining with modified NaOH-based DNA extraction and high-resolution melting (HRM) analysis using the specific markers of FaFAD1, peach-like aroma and flavor gene. Secondly, a total of 27 HRM markers and one Kompetitive Allele Specific PCR (KASP) marker set were developed in the FaRPc2 locus and used for fine-mapping analysis. Four HRM markers and one KASP marker set associated with the PhCR resistance haplotype H3 were identified. Seven HRM markers associated with the PhCR resistance haplotype H2 were identified. The result of HRM marker analysis with 277 octoploid strawberry accessions revealed that the FaRPc2 region associated with H3 is approximately 402 kb. Using F. vesca ssp. bracteata genome database, 89 candidate genes were found in the 402 kb region of FaRPc2. Among them, a total of 19 genes encode proteins related to disease resistance. Further studies are needed to conduct identification of genetic variation of R-genes in the PhCR resistant accessions possessing FaRPc2. A high-throughput MAS system and SNP-based markers linked to FaRPc2 was successfully developed for the PhCR resistance of strawberry in this study. These foundings will greatly facilitate development of new strawberry cultivars for the PhCR resistance. In addition, the FaRPc2 locus delimited to the 402 kb region will be valuable for cloning candidate genes for the PhCR resistance in cultivated strawberry.
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