[학위논문]핵 내 및 세포질 유전체 정보를 이용한 감자 야생종의 특이적 분자마커 개발 Development of Molecular Markers Specific to Wild Solanum Species using Nucleic and Cytoplasmic Genome Sequences of Solanum Species원문보기
멕시코에서 자생하는 Solanum pinnatisectum과 아르헨티나 북서부에서 자생하는 S. kurtzianum, S. vernei는 다양한 병해충과 환경 스트레스에 대한 저항성을 가지고 있어 감자의 신품종 육성을 위한 중요한 재료로 활용되고 있다. 하지만 재배종 감자와 서로 다른 배수성과 EBN으로 인해, 이들 야생종과 직접적인 교배로 신품종을 육성하기가 어려운 실정이다. 이러한 생리적 장벽을 극복하기 위해 체세포 융합이 하나의 방법이 될 수 있으며, 체세포 융합 이후 ...
멕시코에서 자생하는 Solanum pinnatisectum과 아르헨티나 북서부에서 자생하는 S. kurtzianum, S. vernei는 다양한 병해충과 환경 스트레스에 대한 저항성을 가지고 있어 감자의 신품종 육성을 위한 중요한 재료로 활용되고 있다. 하지만 재배종 감자와 서로 다른 배수성과 EBN으로 인해, 이들 야생종과 직접적인 교배로 신품종을 육성하기가 어려운 실정이다. 이러한 생리적 장벽을 극복하기 위해 체세포 융합이 하나의 방법이 될 수 있으며, 체세포 융합 이후 분자마커를 이용하여 육종에 활용할 수 있는 적절한 체세포 융합체 선발이 필요하다. 본 연구에서는 NGS 기술을 이용하여 S. pinnatisectum, S. kurtzianum, S. vernei의 엽록체 전장 유전체를 완성하고, 이를 다른 Solanum 종들과 비교해 각각의 특이적인 분자마커를 개발하였다. 또한, NCBI에 등록된 Solanum 종들의 핵 내 및 미토콘드리아유전체 정보를 활용하여 재배종 감자 S. tuberosum과 구별되는 분자마커를 개발하였다. 완성된 엽록체 전장 유전체는 3개의 야생종 모두 다른 Solanum 종들과 비교하였을 때 유전체 길이와 구조, 유전자의 개수와 순서 등이 유사하게 나타났으며, 계통수 분석에서도 그 유연관계가 근접한 것을 확인하였다. 핵 내 및 엽록체, 미토콘드리아의 유전체 정보를 이용한 다중정렬의 결과로 각각 다수의 특이적인 InDel과 SNP 영역을 구명하였다. 최종적으로 엽록체 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종에 대해 PCR 기반의 S. pinnatisectum 특이적인 분자마커 6개, S. kurtzianum 특이적인 분자마커 5개, S. vernei 특이적인 분자마커 5개를 개발하였고, 미토콘드리아 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종들과 S. tuberosum을 구별할 수 있는 5개의 PCR 기반의 분자마커를 개발하였다. 또한 핵 내 유전체 정보를 이용하여 야생종들과 S. tuberosum을 구별할 수 있는 10개의 PCR 기반의 분자마커를 개발하였다. 본 연구의 결과는 Solanum 종을 대상으로 한 진화적 측면과 3개의 야생종을 이용한 감자 신품종 육성 연구에 기여할 수 있을 것이다.
멕시코에서 자생하는 Solanum pinnatisectum과 아르헨티나 북서부에서 자생하는 S. kurtzianum, S. vernei는 다양한 병해충과 환경 스트레스에 대한 저항성을 가지고 있어 감자의 신품종 육성을 위한 중요한 재료로 활용되고 있다. 하지만 재배종 감자와 서로 다른 배수성과 EBN으로 인해, 이들 야생종과 직접적인 교배로 신품종을 육성하기가 어려운 실정이다. 이러한 생리적 장벽을 극복하기 위해 체세포 융합이 하나의 방법이 될 수 있으며, 체세포 융합 이후 분자마커를 이용하여 육종에 활용할 수 있는 적절한 체세포 융합체 선발이 필요하다. 본 연구에서는 NGS 기술을 이용하여 S. pinnatisectum, S. kurtzianum, S. vernei의 엽록체 전장 유전체를 완성하고, 이를 다른 Solanum 종들과 비교해 각각의 특이적인 분자마커를 개발하였다. 또한, NCBI에 등록된 Solanum 종들의 핵 내 및 미토콘드리아 유전체 정보를 활용하여 재배종 감자 S. tuberosum과 구별되는 분자마커를 개발하였다. 완성된 엽록체 전장 유전체는 3개의 야생종 모두 다른 Solanum 종들과 비교하였을 때 유전체 길이와 구조, 유전자의 개수와 순서 등이 유사하게 나타났으며, 계통수 분석에서도 그 유연관계가 근접한 것을 확인하였다. 핵 내 및 엽록체, 미토콘드리아의 유전체 정보를 이용한 다중정렬의 결과로 각각 다수의 특이적인 InDel과 SNP 영역을 구명하였다. 최종적으로 엽록체 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종에 대해 PCR 기반의 S. pinnatisectum 특이적인 분자마커 6개, S. kurtzianum 특이적인 분자마커 5개, S. vernei 특이적인 분자마커 5개를 개발하였고, 미토콘드리아 유전체 정보를 이용하여 각각의 야생종들과 S. tuberosum을 구별할 수 있는 5개의 PCR 기반의 분자마커를 개발하였다. 또한 핵 내 유전체 정보를 이용하여 야생종들과 S. tuberosum을 구별할 수 있는 10개의 PCR 기반의 분자마커를 개발하였다. 본 연구의 결과는 Solanum 종을 대상으로 한 진화적 측면과 3개의 야생종을 이용한 감자 신품종 육성 연구에 기여할 수 있을 것이다.
Solanum pinnatisectum originates from Mexico, and S. kurtzianum and S. vernei originate from the northwestern Argentina. These three 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...
Solanum pinnatisectum originates from Mexico, and S. kurtzianum and S. vernei originate from the northwestern Argentina. These three 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, blackleg, potato cyst nematodo, potato virus X and potato virus Y. However, there are sexual reproduction barriers between these wild species and cultivated potatoes due to differences in their ploidy levels and Endosperm Balanced Number (EBN) values. To overcome this problem and to introgress the novel traits from these three wild species into cultivated potatoes, cell fusion can be used. After that, it is necessary to select suitable somatic fusion hybrids using molecular marker. In this study, the chloroplast genome sequences of S. pinnatisectum, S. kurtzianum, and S. vernei obtained by using NGS sequencing technology were compared with those of other Solanum species and three wild species-specific marker based on the chloroplast genome sequences were developed. Comparing the chloroplast genomes of these three wild species with those of other Solanum species revealed their similar structure, length, gene number, and composition. These results are also identified by phylogenetic analysis where they are closely related. Sequence alignments of nucleic and cytoplasmic genomes identified many specific InDel and SNP regions. Finally six, five and five PCR markers specific to S. pinnatisectum, S. kurtzianum, S. vernei, respectively were developed based on the chloroplast genome sequences. We also developed markers that distinguish S. tuberosum from these three wild species using nucleic and mitochondrial genome sequences of Solanum species available in NCBI. Five and ten PCR markers based on the mitochondrial and nucleic genome sequences that distinguish S. tuberosum from these three wild species were developed, respectively. The results obtained in this study will aid in exploring evolutionary aspects of Solanum species and accelerating potato breeding using these three wild species.
Solanum pinnatisectum originates from Mexico, and S. kurtzianum and S. vernei originate from the northwestern Argentina. These three 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, blackleg, potato cyst nematodo, potato virus X and potato virus Y. However, there are sexual reproduction barriers between these wild species and cultivated potatoes due to differences in their ploidy levels and Endosperm Balanced Number (EBN) values. To overcome this problem and to introgress the novel traits from these three wild species into cultivated potatoes, cell fusion can be used. After that, it is necessary to select suitable somatic fusion hybrids using molecular marker. In this study, the chloroplast genome sequences of S. pinnatisectum, S. kurtzianum, and S. vernei obtained by using NGS sequencing technology were compared with those of other Solanum species and three wild species-specific marker based on the chloroplast genome sequences were developed. Comparing the chloroplast genomes of these three wild species with those of other Solanum species revealed their similar structure, length, gene number, and composition. These results are also identified by phylogenetic analysis where they are closely related. Sequence alignments of nucleic and cytoplasmic genomes identified many specific InDel and SNP regions. Finally six, five and five PCR markers specific to S. pinnatisectum, S. kurtzianum, S. vernei, respectively were developed based on the chloroplast genome sequences. We also developed markers that distinguish S. tuberosum from these three wild species using nucleic and mitochondrial genome sequences of Solanum species available in NCBI. Five and ten PCR markers based on the mitochondrial and nucleic genome sequences that distinguish S. tuberosum from these three wild species were developed, respectively. The results obtained in this study will aid in exploring evolutionary aspects of Solanum species and accelerating potato breeding using these three wild species.
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