수박(Citrullus lanatus)은 전 세계적으로 상업적으로 생산되는 박과 식물로 매우 중요한 작물이다. 유전체 크기는 대략 425 Mb이며 lycopene, beta carotene, citrulline과 같은 식물 화학물질을 제공함으로써 인간 건강에도 상당히 유익하다. 아프리카가 원산지인 것으로 알려져 있으며, 경제적이나 원예학적으로 중요하기 때문에 육종에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 국내산 수박 유전자원인 CBARES1과 CBARES2에서 유래한 F2 집단의 유전자형과 표현형 데이터를 이용하여 quantitative trait loci (QTL) 분석을 수행하였다. 국내 수박 품종인 CBARES1은 흑색 ...
수박(Citrullus lanatus)은 전 세계적으로 상업적으로 생산되는 박과 식물로 매우 중요한 작물이다. 유전체 크기는 대략 425 Mb이며 lycopene, beta carotene, citrulline과 같은 식물 화학물질을 제공함으로써 인간 건강에도 상당히 유익하다. 아프리카가 원산지인 것으로 알려져 있으며, 경제적이나 원예학적으로 중요하기 때문에 육종에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 국내산 수박 유전자원인 CBARES1과 CBARES2에서 유래한 F2 집단의 유전자형과 표현형 데이터를 이용하여 quantitative trait loci (QTL) 분석을 수행하였다. 국내 수박 품종인 CBARES1은 흑색 과피, 황색 과육, 타원형의 과형을 가지며, CBARES2는 황색 과피, 적색 과육, 원형의 과형을 가지는 독특한 수박이다. CBARES1과 CBARES2 품종에 대해 long-read sequencing과 short-read sequencing을 실시하여 고품질의 유전체를 생산하였고 assembly 과정을 거쳐 각 품종 별 유전체를 완성하였다. 완성된 CBARES1과 CBARES2의 유전체를 비교하여 최종적으로 1,539개의 single nucleotide polymorphism (SNP)와 80개의 insertion or deletion (InDel) 마커를 개발하였으며, 이 중 SNP 마커는 resequencing을 이용하여 유전자형을 분석하였고 InDel 마커는 전기영동을 이용하여 유전자형을 분석하여 데이터를 수집하였다. 총 1,619개의 분자마커를 사용하여 길이 3036.90 cM 길이의 연관지도를 작성하였다. 유전자형 데이터를 이용하여 작성된 연관지도는 F2 집단의 표현형 데이터를 추가하여 과일과 관련된 QTL 분석을 실시하였다. QTL 분석 방법은 ICIM (inclusive composite interval mapping)을 이용하였으며 분석 결과 15개의 유효한 QTL 값을 찾았다. QTL 결과를 근거로 과일 형질과 관련된 유전자 302개를 선발하였으며, 이 유전자들의 coding sequence (CDS) 서열이 P세대인 CBARES1과 CBARES2의 유전체에서 변화를 보이는 유전자 33개를 선발하였다. 이 33개의 유전자 중 염기서열의 변화가 아미노산까지 변화시키는 유전자 22개를 선발하였으며 gene ontology (GO) 분석을 통해 과실 형질과 관련되어 있을 것으로 예상되는 유전자 Cla97C02G038270, Cla97C01G008760를 선발하였다. 또한 후보유전자의 F2 집단에서의 유전체형을 비교하여 형질과 관련 있을 것으로 예상되는 Cla97C04G070840를 선발하였다. 유전자 Cla97C04G070840는 아미노산 수송체 관련 유전자로 예상되는데 이 유전자의 염기서열의 SNP 변이에 따라 과피의 색과 과육의 색이 변하는 것이 확인되었다. 이 연구는 한국의 수박 품종의 유전체를 완성시키는 것을 시작으로 대량의 분자마커 개발, 고밀도 연관 지도 작성, QTL 분석을 진행하여 형질과 관련된 유전자를 발견했습니다. 이러한 연구 결과는 국산 수박을 이용하여 고품질 및 기능성 수박 품종 개발로 이어질 것으로 기대한다.
수박(Citrullus lanatus)은 전 세계적으로 상업적으로 생산되는 박과 식물로 매우 중요한 작물이다. 유전체 크기는 대략 425 Mb이며 lycopene, beta carotene, citrulline과 같은 식물 화학물질을 제공함으로써 인간 건강에도 상당히 유익하다. 아프리카가 원산지인 것으로 알려져 있으며, 경제적이나 원예학적으로 중요하기 때문에 육종에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 국내산 수박 유전자원인 CBARES1과 CBARES2에서 유래한 F2 집단의 유전자형과 표현형 데이터를 이용하여 quantitative trait loci (QTL) 분석을 수행하였다. 국내 수박 품종인 CBARES1은 흑색 과피, 황색 과육, 타원형의 과형을 가지며, CBARES2는 황색 과피, 적색 과육, 원형의 과형을 가지는 독특한 수박이다. CBARES1과 CBARES2 품종에 대해 long-read sequencing과 short-read sequencing을 실시하여 고품질의 유전체를 생산하였고 assembly 과정을 거쳐 각 품종 별 유전체를 완성하였다. 완성된 CBARES1과 CBARES2의 유전체를 비교하여 최종적으로 1,539개의 single nucleotide polymorphism (SNP)와 80개의 insertion or deletion (InDel) 마커를 개발하였으며, 이 중 SNP 마커는 resequencing을 이용하여 유전자형을 분석하였고 InDel 마커는 전기영동을 이용하여 유전자형을 분석하여 데이터를 수집하였다. 총 1,619개의 분자마커를 사용하여 길이 3036.90 cM 길이의 연관지도를 작성하였다. 유전자형 데이터를 이용하여 작성된 연관지도는 F2 집단의 표현형 데이터를 추가하여 과일과 관련된 QTL 분석을 실시하였다. QTL 분석 방법은 ICIM (inclusive composite interval mapping)을 이용하였으며 분석 결과 15개의 유효한 QTL 값을 찾았다. QTL 결과를 근거로 과일 형질과 관련된 유전자 302개를 선발하였으며, 이 유전자들의 coding sequence (CDS) 서열이 P세대인 CBARES1과 CBARES2의 유전체에서 변화를 보이는 유전자 33개를 선발하였다. 이 33개의 유전자 중 염기서열의 변화가 아미노산까지 변화시키는 유전자 22개를 선발하였으며 gene ontology (GO) 분석을 통해 과실 형질과 관련되어 있을 것으로 예상되는 유전자 Cla97C02G038270, Cla97C01G008760를 선발하였다. 또한 후보유전자의 F2 집단에서의 유전체형을 비교하여 형질과 관련 있을 것으로 예상되는 Cla97C04G070840를 선발하였다. 유전자 Cla97C04G070840는 아미노산 수송체 관련 유전자로 예상되는데 이 유전자의 염기서열의 SNP 변이에 따라 과피의 색과 과육의 색이 변하는 것이 확인되었다. 이 연구는 한국의 수박 품종의 유전체를 완성시키는 것을 시작으로 대량의 분자마커 개발, 고밀도 연관 지도 작성, QTL 분석을 진행하여 형질과 관련된 유전자를 발견했습니다. 이러한 연구 결과는 국산 수박을 이용하여 고품질 및 기능성 수박 품종 개발로 이어질 것으로 기대한다.
Watermelon (Citrullus lanatus) is a very important gourd crop grown commercially worldwide. It has a genome size of approximately 425 Mb and is of great benefit to human health by providing phytochemicals such as lycopene, beta carotene, and citrulline. It is known to be native to Africa, and intere...
Watermelon (Citrullus lanatus) is a very important gourd crop grown commercially worldwide. It has a genome size of approximately 425 Mb and is of great benefit to human health by providing phytochemicals such as lycopene, beta carotene, and citrulline. It is known to be native to Africa, and interest in breeding is increasing because it is economically and horticulturally important. In this study, Quantitative trait loci (QTL) analysis was performed using the genotypic and phenotypic data of the F2 population derived from Korean watermelon genetic resources, CBARES1 and CBARES2. The CBARES1 (black rind, yellow flesh, oval shape) and CBARES2 (yellow rind, red flesh, round shape) are Korean watermelon cultivars with unique colors and fruit shapes. Long-read sequencing and short-read sequencing were performed on the CBARES1 and CBARES2 cultivars to produce high-quality genomes, and the genomes for each cultivar were completed through the assembly process. By comparing the completed CBARES1 and CBARES2 genomes, 1,539 single nucleotide polymorphism (SNP) and 80 insertion or deletion (InDel) markers were finally developed. Among them, SNP markers were genotyped using resequencing, and InDel markers were genotyped using electrophoresis to collect data. An association map with a length of 3036.90 cM was prepared using a total of 1,619 molecular markers. The constructed linkage map was used for fruit-related QTL analysis using the phenotypic data of the F2 population. The QTL analysis method used ICIM (Inclusive Composite Interval Mapping), and as a result of the analysis, 15 valid QTL values were found. Based on the QTL results, 302 genes related to fruit traits were selected, and 33 genes whose coding sequence (CDS) showed changes in the genomes of P generation CBARES1 and CBARES2 were selected. Among these 33 genes, 22 genes whose nucleotide sequence changes even change amino acids were selected, and genes Cla97C02G038270 and Cla97C01G008760, which are expected to be related to fruit traits, were selected through gene ontology (GO) analysis. In addition, Cla97C04G070840, which is expected to be related to the trait, was selected by comparing the genotypes of the candidate genes in the F2 population. The gene Cla97C04G070840 is expected to be an amino acid transporter-related gene, and it was confirmed that the color of the skin and flesh of the fruit changes according to the SNP mutation of the base sequence of this gene. Our research started with completing the genome of Korean watermelon cultivars and then proceeded with the development of large-scale molecular markers, the creation of high-density association maps, and QTL analysis to discover genes related to traits. These research results are expected to lead to the development of high-quality and functional watermelon cultivars using Korean watermelons.
Watermelon (Citrullus lanatus) is a very important gourd crop grown commercially worldwide. It has a genome size of approximately 425 Mb and is of great benefit to human health by providing phytochemicals such as lycopene, beta carotene, and citrulline. It is known to be native to Africa, and interest in breeding is increasing because it is economically and horticulturally important. In this study, Quantitative trait loci (QTL) analysis was performed using the genotypic and phenotypic data of the F2 population derived from Korean watermelon genetic resources, CBARES1 and CBARES2. The CBARES1 (black rind, yellow flesh, oval shape) and CBARES2 (yellow rind, red flesh, round shape) are Korean watermelon cultivars with unique colors and fruit shapes. Long-read sequencing and short-read sequencing were performed on the CBARES1 and CBARES2 cultivars to produce high-quality genomes, and the genomes for each cultivar were completed through the assembly process. By comparing the completed CBARES1 and CBARES2 genomes, 1,539 single nucleotide polymorphism (SNP) and 80 insertion or deletion (InDel) markers were finally developed. Among them, SNP markers were genotyped using resequencing, and InDel markers were genotyped using electrophoresis to collect data. An association map with a length of 3036.90 cM was prepared using a total of 1,619 molecular markers. The constructed linkage map was used for fruit-related QTL analysis using the phenotypic data of the F2 population. The QTL analysis method used ICIM (Inclusive Composite Interval Mapping), and as a result of the analysis, 15 valid QTL values were found. Based on the QTL results, 302 genes related to fruit traits were selected, and 33 genes whose coding sequence (CDS) showed changes in the genomes of P generation CBARES1 and CBARES2 were selected. Among these 33 genes, 22 genes whose nucleotide sequence changes even change amino acids were selected, and genes Cla97C02G038270 and Cla97C01G008760, which are expected to be related to fruit traits, were selected through gene ontology (GO) analysis. In addition, Cla97C04G070840, which is expected to be related to the trait, was selected by comparing the genotypes of the candidate genes in the F2 population. The gene Cla97C04G070840 is expected to be an amino acid transporter-related gene, and it was confirmed that the color of the skin and flesh of the fruit changes according to the SNP mutation of the base sequence of this gene. Our research started with completing the genome of Korean watermelon cultivars and then proceeded with the development of large-scale molecular markers, the creation of high-density association maps, and QTL analysis to discover genes related to traits. These research results are expected to lead to the development of high-quality and functional watermelon cultivars using Korean watermelons.
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