QTL-seq을 이용한 수박(C. lanatus)의 과피색 및 과분형성 조절 유전자위 분석 Molecular Tagging of Candidate Genes Controlling Fruit Rind Color and Bloom Formation in Watermelons Based on a QTL-seq원문보기
수박의 과피색과 과분형성은 신품종 육종에 있어 중요한 목표형질이다. 노란색, 연녹색, 진녹색 등 다양한 과피색과, 과실의 표면에 존재하는 흰색의 분말 또는 표피막인 과분은 수박의 상품가치와 소비자의 선호도에 영향을 미친다. 본 연구는 연녹색 과피에 과분을 갖는 계통 FD061129와 진녹색 과피에 과분을 갖지 않는 계통 SIT55616RN 간의 F2 집단의 QTL-seq 분석을 통해 과피색과 과분형성 조절 유전양상과 유전자좌 연관 분자표지 개발을 위해 수행되었다. 총 219개 F2 집단의 표현형 분석 결과 진녹색 과피와 과분형성 형질의 멘델 분리비는 각각 15 : 1 (χ2(0.05, 1) = 1.17, ...
수박의 과피색과 과분형성은 신품종 육종에 있어 중요한 목표형질이다. 노란색, 연녹색, 진녹색 등 다양한 과피색과, 과실의 표면에 존재하는 흰색의 분말 또는 표피막인 과분은 수박의 상품가치와 소비자의 선호도에 영향을 미친다. 본 연구는 연녹색 과피에 과분을 갖는 계통 FD061129와 진녹색 과피에 과분을 갖지 않는 계통 SIT55616RN 간의 F2 집단의 QTL-seq 분석을 통해 과피색과 과분형성 조절 유전양상과 유전자좌 연관 분자표지 개발을 위해 수행되었다. 총 219개 F2 집단의 표현형 분석 결과 진녹색 과피와 과분형성 형질의 멘델 분리비는 각각 15 : 1 (χ2(0.05, 1) = 1.17, P-value = 0.19)과 3 : 1 (χ2(0.05, 1) = 0.07, P-value = 0.78)로써 두 개의 보족유전자와 단일 우성유전자가 각 형질에 관여하였다. 각 형질에 대한 F2 bulk 샘플의 QTL-seq 결과 진녹색 과피 형질은 6번과 8번 염색체에서, 과분형성 형질은 1번 염색체에서 유의한 delta-SNP index 값(P-value < 0.01)을 갖는 영역이 탐색되었다. 8번 염색체의 Quantitative trait locus(QTL) 영역은 진녹색 과피의 후보유전자로 알려진 ClCG08G017810 유전자와 일치하였다. 6번과 1번 염색체의 QTL 영역에 대해 각각 4개, 8개의 Single nucleotide polymorphism(SNP)에서 Cleaved amplified polymorphic sequence(CAPS) 마커를 제작하여 F2 집단에서 유전자형을 분석 및 고해상도 유전자지도 작성을 통해 각 QTL 영역을 대략 20 kb과 230 kb으로 좁혔다. 진녹색 과피의 F2 개체에서는 CAPS 마커들의 유전자형과 표현형 간의 공동분리를 발견하지 못하였으나 연녹색 과피 형질을 갖는 F2 개체는 모든 마커에서 FD061129와 동일한 유전자형을 보였다. 따라서 연녹색 과피 형질의 발현에는 6번과 8번 염색체의 두 유전자좌에서 열성 동형접합이 요구되는 것으로 판단되었다. 과분형성 형질은 유전자지도 작성을 통해 좁힌 QTL 영역 내에 167개의 SNP와 28개의 유전자가 존재하였으며 그 중 6개의 SNP가 유전자의 exon 영역 상에 위치하였고 3개의 SNP가 nonsynonymous하였다. 이들 SNP에서 개발된 CAPS 마커 Bl_c_02의 유전분석 결과는 모든 F2 개체의 표현형과 모두 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구의 QTL-seq을 통해 탐색된 3개의 QTL 영역은 향후 수박 과피색과 과분형성 유전자 클로닝과 유전자 기반 마커 개발에 유용한 정보를 제공한다.
수박의 과피색과 과분형성은 신품종 육종에 있어 중요한 목표형질이다. 노란색, 연녹색, 진녹색 등 다양한 과피색과, 과실의 표면에 존재하는 흰색의 분말 또는 표피막인 과분은 수박의 상품가치와 소비자의 선호도에 영향을 미친다. 본 연구는 연녹색 과피에 과분을 갖는 계통 FD061129와 진녹색 과피에 과분을 갖지 않는 계통 SIT55616RN 간의 F2 집단의 QTL-seq 분석을 통해 과피색과 과분형성 조절 유전양상과 유전자좌 연관 분자표지 개발을 위해 수행되었다. 총 219개 F2 집단의 표현형 분석 결과 진녹색 과피와 과분형성 형질의 멘델 분리비는 각각 15 : 1 (χ2(0.05, 1) = 1.17, P-value = 0.19)과 3 : 1 (χ2(0.05, 1) = 0.07, P-value = 0.78)로써 두 개의 보족유전자와 단일 우성유전자가 각 형질에 관여하였다. 각 형질에 대한 F2 bulk 샘플의 QTL-seq 결과 진녹색 과피 형질은 6번과 8번 염색체에서, 과분형성 형질은 1번 염색체에서 유의한 delta-SNP index 값(P-value < 0.01)을 갖는 영역이 탐색되었다. 8번 염색체의 Quantitative trait locus(QTL) 영역은 진녹색 과피의 후보유전자로 알려진 ClCG08G017810 유전자와 일치하였다. 6번과 1번 염색체의 QTL 영역에 대해 각각 4개, 8개의 Single nucleotide polymorphism(SNP)에서 Cleaved amplified polymorphic sequence(CAPS) 마커를 제작하여 F2 집단에서 유전자형을 분석 및 고해상도 유전자지도 작성을 통해 각 QTL 영역을 대략 20 kb과 230 kb으로 좁혔다. 진녹색 과피의 F2 개체에서는 CAPS 마커들의 유전자형과 표현형 간의 공동분리를 발견하지 못하였으나 연녹색 과피 형질을 갖는 F2 개체는 모든 마커에서 FD061129와 동일한 유전자형을 보였다. 따라서 연녹색 과피 형질의 발현에는 6번과 8번 염색체의 두 유전자좌에서 열성 동형접합이 요구되는 것으로 판단되었다. 과분형성 형질은 유전자지도 작성을 통해 좁힌 QTL 영역 내에 167개의 SNP와 28개의 유전자가 존재하였으며 그 중 6개의 SNP가 유전자의 exon 영역 상에 위치하였고 3개의 SNP가 nonsynonymous하였다. 이들 SNP에서 개발된 CAPS 마커 Bl_c_02의 유전분석 결과는 모든 F2 개체의 표현형과 모두 일치하는 것으로 나타났다. 본 연구의 QTL-seq을 통해 탐색된 3개의 QTL 영역은 향후 수박 과피색과 과분형성 유전자 클로닝과 유전자 기반 마커 개발에 유용한 정보를 제공한다.
Rind color of watermelon is a major morphological characteristic along with the shape and rind pattern. There are various variants such as yellow, light green, and dark green, and it is one of the important traits that affect the product value of watermelon and consumer preference. Bloom refers to a...
Rind color of watermelon is a major morphological characteristic along with the shape and rind pattern. There are various variants such as yellow, light green, and dark green, and it is one of the important traits that affect the product value of watermelon and consumer preference. Bloom refers to a white powder or epicuticular waxes that exists on fruit surface. In this study, for molecular tagging of candidate genes controlling dark green and light green rind color and bloom formation in watermelon, a bloom inbred FD061129 with light green rind and a bloomless inbred SIT55616RN with dark green rind were crossed to produce F1 and F2 progeny. Phenotypic evaluation of the F1 and 219 F2 plants segregation ratios of dark green rind and bloom observed 15 : 1(χ2(0.05, 1) = 1.17, P-value = 0.19) and 3 : 1(χ2(0.05, 1) = 0.07, P-value = 0.78) indicated the genetic control of two complementary loci and single dominant locus, respectively. The QTL-seq results identified two genomic regions showing significant delta-SNP index(P-value < 0.01) on Chr. 6 for dark green rind and Chr. 8 and one genomic region for bloom formation on Chr.1. A previously reported candidate gene controlling the dark green rind by single dominance mode was found from DG_8. Several SNPs in Chr. 6 and Chr. 1 were converted to the 4 and 8 CAPS and used for genotyping the F2 progeny. The results of CAPS and high-resolution genetic map based on CAPS narrowed down the genomic region of Chr. 6 and Chr. 1 to 20 kb and 230kb, respectively. Clear correspondence between the CAPS marker genotype and phenotype was not found in F2 individuals with dark green rind, but F2 individuals with light green rind showed the same genotype as FD061129 in all markers. Therefore, it was determined that recessive homozygosity was required at the two loci of chromosomes 6 and 8 for the light green rind trait. For bloom, there were 167 SNPs and 28 genes within the region narrowed through genetic mapping, of which 6 SNPs were located on the exon region of genes, and 3 SNPs were nonsynonymous. The Bl_c_02 CAPS marker developed from these SNPs concorded with all the phenotypes. In this study, the three QTL regions discovered through QTL-seq are expected to provide useful information for the development of gene-based markers of watermelon rind color and bloom formation genes in the future study.
Rind color of watermelon is a major morphological characteristic along with the shape and rind pattern. There are various variants such as yellow, light green, and dark green, and it is one of the important traits that affect the product value of watermelon and consumer preference. Bloom refers to a white powder or epicuticular waxes that exists on fruit surface. In this study, for molecular tagging of candidate genes controlling dark green and light green rind color and bloom formation in watermelon, a bloom inbred FD061129 with light green rind and a bloomless inbred SIT55616RN with dark green rind were crossed to produce F1 and F2 progeny. Phenotypic evaluation of the F1 and 219 F2 plants segregation ratios of dark green rind and bloom observed 15 : 1(χ2(0.05, 1) = 1.17, P-value = 0.19) and 3 : 1(χ2(0.05, 1) = 0.07, P-value = 0.78) indicated the genetic control of two complementary loci and single dominant locus, respectively. The QTL-seq results identified two genomic regions showing significant delta-SNP index(P-value < 0.01) on Chr. 6 for dark green rind and Chr. 8 and one genomic region for bloom formation on Chr.1. A previously reported candidate gene controlling the dark green rind by single dominance mode was found from DG_8. Several SNPs in Chr. 6 and Chr. 1 were converted to the 4 and 8 CAPS and used for genotyping the F2 progeny. The results of CAPS and high-resolution genetic map based on CAPS narrowed down the genomic region of Chr. 6 and Chr. 1 to 20 kb and 230kb, respectively. Clear correspondence between the CAPS marker genotype and phenotype was not found in F2 individuals with dark green rind, but F2 individuals with light green rind showed the same genotype as FD061129 in all markers. Therefore, it was determined that recessive homozygosity was required at the two loci of chromosomes 6 and 8 for the light green rind trait. For bloom, there were 167 SNPs and 28 genes within the region narrowed through genetic mapping, of which 6 SNPs were located on the exon region of genes, and 3 SNPs were nonsynonymous. The Bl_c_02 CAPS marker developed from these SNPs concorded with all the phenotypes. In this study, the three QTL regions discovered through QTL-seq are expected to provide useful information for the development of gene-based markers of watermelon rind color and bloom formation genes in the future study.
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