[학위논문]감자 야생종의 미토콘드리아 및 엽록체 전장 유전체 정보를 이용한 PCR 기반의 분자마커 개발 Development of PCR-based Markers to Identify wild Solanum Species by using the Complete Mitochondrial and Chloroplast Genome Sequences of Solanum Species원문보기
멕시코에서 자생하는 S. verrucosum과 S. iopetalum, 멕시코의 북서부부터 미국의 남서부 지역까지 자생하는 S. jamesii, 페루에서 자생하는 S. mochiquense는 다양한 병해충과 환경 스트레스에 대한 저항성을 가지고 있어 감자 신품종 육성을 위한 중요한 재료로 활용될 수 있다. 하지만, 이들 야생종과 재배종은 서로 다른 배수성 및 EBN으로 인해 직접적인 교배가 불가능하다. 이를 극복하기 위해 체세포융합을 이용할 수 있는데, 이때 ...
멕시코에서 자생하는 S. verrucosum과 S. iopetalum, 멕시코의 북서부부터 미국의 남서부 지역까지 자생하는 S. jamesii, 페루에서 자생하는 S. mochiquense는 다양한 병해충과 환경 스트레스에 대한 저항성을 가지고 있어 감자 신품종 육성을 위한 중요한 재료로 활용될 수 있다. 하지만, 이들 야생종과 재배종은 서로 다른 배수성 및 EBN으로 인해 직접적인 교배가 불가능하다. 이를 극복하기 위해 체세포융합을 이용할 수 있는데, 이때 분자마커를 이용하여 육종에 활용할 수 있는 적절한 체세포 융합체 선발이 필요하다. 본 연구에서는 NGS기술에 의해 완성된 S. verrucosum, S. jamesii, S. mochiquense, S. iopetalum의 엽록체 전장 유전체를 다른 Solanum 종들과 비교하여 각각의 특이적인 분자마커를 개발하였으며, NCBI에 등록된 Solanum 종들의 미토콘드리아 전장 유전체 정보를 활용하여 S. tuberosum과 구별되는 분자마커를 개발하였다. 다른 Solanum 종들과 비교하였을 때, 4개의 야생종 모두 유전체의 길이와 구조, 유전자의 개수와 순서 등이 유사하게 나타났으며, 계통수 분석을 통해 그 유연관계가 매우 가까운 것을 확인하였다. 엽록체 및 미토콘드리아의 전장 유전체 정보를 이용한 다중정렬의 결과로 각각 다수의 특이적인 InDel과 SNP 영역을 구명하였다. 최종적으로 엽록체 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종에 대해 PCR 기반의 S. verrucosum 특이적인 마커 4개, S. jamesii 특이적인 마커 6개, S. mochiquense 특이적인 마커 5개, S. iopetalum 특이적인 마커 5개를 개발하였고 미토콘드리아 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종들과 S. tuberosum을 구별할 수 있는 5개의 PCR 기반의 분자마커를 개발하였다. 본 연구의 결과는 Solanum 종을 대상으로 한 진화적 측면과 4개의 야생종을 이용한 감자 신품종 육성에 기여할 수 있을 것이다.
멕시코에서 자생하는 S. verrucosum과 S. iopetalum, 멕시코의 북서부부터 미국의 남서부 지역까지 자생하는 S. jamesii, 페루에서 자생하는 S. mochiquense는 다양한 병해충과 환경 스트레스에 대한 저항성을 가지고 있어 감자 신품종 육성을 위한 중요한 재료로 활용될 수 있다. 하지만, 이들 야생종과 재배종은 서로 다른 배수성 및 EBN으로 인해 직접적인 교배가 불가능하다. 이를 극복하기 위해 체세포융합을 이용할 수 있는데, 이때 분자마커를 이용하여 육종에 활용할 수 있는 적절한 체세포 융합체 선발이 필요하다. 본 연구에서는 NGS기술에 의해 완성된 S. verrucosum, S. jamesii, S. mochiquense, S. iopetalum의 엽록체 전장 유전체를 다른 Solanum 종들과 비교하여 각각의 특이적인 분자마커를 개발하였으며, NCBI에 등록된 Solanum 종들의 미토콘드리아 전장 유전체 정보를 활용하여 S. tuberosum과 구별되는 분자마커를 개발하였다. 다른 Solanum 종들과 비교하였을 때, 4개의 야생종 모두 유전체의 길이와 구조, 유전자의 개수와 순서 등이 유사하게 나타났으며, 계통수 분석을 통해 그 유연관계가 매우 가까운 것을 확인하였다. 엽록체 및 미토콘드리아의 전장 유전체 정보를 이용한 다중정렬의 결과로 각각 다수의 특이적인 InDel과 SNP 영역을 구명하였다. 최종적으로 엽록체 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종에 대해 PCR 기반의 S. verrucosum 특이적인 마커 4개, S. jamesii 특이적인 마커 6개, S. mochiquense 특이적인 마커 5개, S. iopetalum 특이적인 마커 5개를 개발하였고 미토콘드리아 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종들과 S. tuberosum을 구별할 수 있는 5개의 PCR 기반의 분자마커를 개발하였다. 본 연구의 결과는 Solanum 종을 대상으로 한 진화적 측면과 4개의 야생종을 이용한 감자 신품종 육성에 기여할 수 있을 것이다.
S. verrucosum and S. iopetalum originate from Mexico, S. jamesii originate from the northwestern Mexico to the southwestern United States, and S. mochiquense originate from Peru. These four wild Solanum species are important genetic resources for developing new potato cultivars due to their resistan...
S. verrucosum and S. iopetalum originate from Mexico, S. jamesii originate from the northwestern Mexico to the southwestern United States, and S. mochiquense originate from Peru. These four wild Solanum species are important genetic resources for developing new potato cultivars due to their resistance to diverse biotic and abiotic stresses such as drought, late blight, potato leafroll virus, Colorado potato beetle, root knot nematode, potato virus X and potato virus Y. However, there are sexual reproduction barriers between these wild species and cultivated potato due to differences in their ploidy levels and Endosperm Balanced Number (EBN) values. To overcome this problem, somatic fusion can be used. After that, it is necessary to select suitable somatic fusion hybrids using molecular marker. In this study, we developed specific markers for each of S. verrucosum, S. jamesii, S. mochiquense and S. iopetalum by comparing their chloroplast genome sequences obtained by using next-generation sequencing technology with those of other Solanum species. We also developed markers that distinguish S. tuberosum from these four wild species using mitochondrial genome sequences of Solanum species available in NCBI. Comparing the chloroplast genomes of these four wild species with those of other Solanum species revealed their similar structure, length, gene number, and composition. These results are confirmed by phylogenetic analysis where they are closely related. Sequence alignments of chloroplast and mitochondrial genomes identified many specific InDel and SNP regions, and developed four, six, five and five PCR markers based on the chloroplast genome sequences for S. verrucosum, S. jamesii, S. mochiquense and S. iopetalum, respectively, and five PCR markers based on the mitochondrial genome sequences that distinguish S. tuberosum from these four wild species. The results of this study will contribute to understand the evolution of Solanum species and to develop new potato cultivars using these four wild species.
S. verrucosum and S. iopetalum originate from Mexico, S. jamesii originate from the northwestern Mexico to the southwestern United States, and S. mochiquense originate from Peru. These four wild Solanum species are important genetic resources for developing new potato cultivars due to their resistance to diverse biotic and abiotic stresses such as drought, late blight, potato leafroll virus, Colorado potato beetle, root knot nematode, potato virus X and potato virus Y. However, there are sexual reproduction barriers between these wild species and cultivated potato due to differences in their ploidy levels and Endosperm Balanced Number (EBN) values. To overcome this problem, somatic fusion can be used. After that, it is necessary to select suitable somatic fusion hybrids using molecular marker. In this study, we developed specific markers for each of S. verrucosum, S. jamesii, S. mochiquense and S. iopetalum by comparing their chloroplast genome sequences obtained by using next-generation sequencing technology with those of other Solanum species. We also developed markers that distinguish S. tuberosum from these four wild species using mitochondrial genome sequences of Solanum species available in NCBI. Comparing the chloroplast genomes of these four wild species with those of other Solanum species revealed their similar structure, length, gene number, and composition. These results are confirmed by phylogenetic analysis where they are closely related. Sequence alignments of chloroplast and mitochondrial genomes identified many specific InDel and SNP regions, and developed four, six, five and five PCR markers based on the chloroplast genome sequences for S. verrucosum, S. jamesii, S. mochiquense and S. iopetalum, respectively, and five PCR markers based on the mitochondrial genome sequences that distinguish S. tuberosum from these four wild species. The results of this study will contribute to understand the evolution of Solanum species and to develop new potato cultivars using these four wild species.
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