Lycoris 속의 RAPD 분석과 자생지 분포 및 개화특성에 따른 유연관계 Genetic Relationship Among Lycoris Species Using RAPD Analysis, the Native Distribution and Flowering Characteristics원문보기
본 연구에서는 RAPD 분석 기법과 자생지 분포와 개화특징을 이용한 유연관계를 분석하기 위하여 10종의 Lycoris 종을 선별하여 연구를 수행하였다. 10종의 상사화 종은 크게 두 군집으로 분류되었다. L. sprengeri와 L. incanata은 가장 높은 상동성을 보였으며, 같은 개화 시기와 분홍색의 화색을 가지고 있었다. 춘기출엽형은 L. squamigera, L. sanguinea, L. koreana, L. sprengeri 그리고 L. incanata이었으며, L. squamigera와 L. sanguinea는 같은 군집 안에서 높은 상동성을 보였다. 또한 L. koreana, L. sprengeri 그리고 L. sprengeri 그리고 L. incanata도 군집안에서 높은 상동성을 보였다. L. radiata, L. radiata var pumila, L. albiflora 그리고 L. traubii의 꽃은 spider형이며 이러한 종은 다른 종과의 유연관계가 매우 낮은 상동성을 보였다.
본 연구에서는 RAPD 분석 기법과 자생지 분포와 개화특징을 이용한 유연관계를 분석하기 위하여 10종의 Lycoris 종을 선별하여 연구를 수행하였다. 10종의 상사화 종은 크게 두 군집으로 분류되었다. L. sprengeri와 L. incanata은 가장 높은 상동성을 보였으며, 같은 개화 시기와 분홍색의 화색을 가지고 있었다. 춘기출엽형은 L. squamigera, L. sanguinea, L. koreana, L. sprengeri 그리고 L. incanata이었으며, L. squamigera와 L. sanguinea는 같은 군집 안에서 높은 상동성을 보였다. 또한 L. koreana, L. sprengeri 그리고 L. sprengeri 그리고 L. incanata도 군집안에서 높은 상동성을 보였다. L. radiata, L. radiata var pumila, L. albiflora 그리고 L. traubii의 꽃은 spider형이며 이러한 종은 다른 종과의 유연관계가 매우 낮은 상동성을 보였다.
Ten species of Lycoris was selected for establishment of phylogenetic relationships using random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis, the native distribution and flowering characterestics. On the basis of the dendrogram constructed with the similarity coefficients, 10 Lycoris species were divi...
Ten species of Lycoris was selected for establishment of phylogenetic relationships using random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis, the native distribution and flowering characterestics. On the basis of the dendrogram constructed with the similarity coefficients, 10 Lycoris species were divided into two clusters. L. sprengeri and L. incannta were showed very high similarity in the RAPD analysis, same flowering time and flower color as pink. The leaf of L. squamigera. L. sanguinea, L. koreana, L. sprengeri and L. incanata emergenced in spring. The L. squamigera and L. sanguinea were showed high similarity in same cluster. Also L. koreana, L. sprengeri and L. incanata were showed high similarity in same cluster. The flower of L. radiata, L. radiata var pumila, L. albiflora and L. traubii was spider. These species was showed very low similarity in another Lycoris species.
Ten species of Lycoris was selected for establishment of phylogenetic relationships using random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis, the native distribution and flowering characterestics. On the basis of the dendrogram constructed with the similarity coefficients, 10 Lycoris species were divided into two clusters. L. sprengeri and L. incannta were showed very high similarity in the RAPD analysis, same flowering time and flower color as pink. The leaf of L. squamigera. L. sanguinea, L. koreana, L. sprengeri and L. incanata emergenced in spring. The L. squamigera and L. sanguinea were showed high similarity in same cluster. Also L. koreana, L. sprengeri and L. incanata were showed high similarity in same cluster. The flower of L. radiata, L. radiata var pumila, L. albiflora and L. traubii was spider. These species was showed very low similarity in another Lycoris species.
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문제 정의
연구는 미흡한 실정이다[6, 7, 8, 9, 10, 13]. 따라서 본 연구는 Lycoris 속의 RAPD 분석법을 이용한 유전자의 유연관계를 분석과 형태적 유연관계를 비교 분석하였다.
Lycoris 속은 화색이 다양하나 절화 수명 이 짧은 것이 단점으로 이들 두가지속 식물의 장점들을 개량해 나가면 훌륭한 화훼 구근식물이 될 것이다. 본 연구에서는 Lycoris 속의 분포 지역 및 생육 특성, 유전적 유연관계를 분석하고 이에 따른 외형을 비교 분석 하였다. 같은 개화 시기와 다른 특성의 종간교잡을 이용하면 우수한 형질의 개량종을 개발 할 수 있을 것으로 기대하여 이러한 연구 결과는 육종 및 교잡으로 다양한 화종으로 개 량하는 기초자료로 활용되기를 기대한다.
본 연구에서는 RAPD 분석 기법과 자생지 분포와 개화 특징을 이용한 유연관계를 분석하기 위하여 10종의 Lycoris 종을 선별하여 연구를 수행하였다. 如종의 상사화 종은 크게 두 군집으로 분류되 었다.
또한 Bryan[l]은 상사화류와 유사한 Nerine 속은 절화류 중에서는 절화수명이 오래가는 특성 때문에 매력있는 화종으로 세계적으로 재배면적이 급증하고 있으나 화종이 단조로운 것을 결점으로 보고하고 있다. 상사화는 꽃을 피우는 시기와 생육 시기가 종에 따라 다양한 특성을 보이고 있으며, 본 연구에서 이러한 생육 과정과 유전적 유연관계를 구체적으로 분석하였다. 예를 들면 Fig.
제안 방법
A는 a라는 종의 band 수, B는 b라는 종의 band 수, AB는 a와 b종의 공통 band 수로 놓아 이들의 상관관계를 2xAB / (A+B) 의 공식으로 계산하여 band의 상관관계를 행렬표로 각각의 primer에 대하여 제작하였다. 각각의 행렬표에서 같은 위치에 있는 결과를 합산 한 후 primer의 수로 나누어 평균을 값을 얻어 평균 행렬표를 작성하였다.
Fig 1. Dendrogram constructed using the UPGMA based on Nei and Li's similarity coefficients illustracting the ge netic relationships among Lycoris species.
RAPD 분석을 위한 primer는 NCBI의 유전자은행에 등록되어 있는 유전자의 상동성 및 염기 배열을 고려하여 10 mer 정도를 기준으로 100개의 primer를 제작하였다. 또한 이 pri-mer의 제작은 전문 회사인 UBC에 의뢰하여 합성하였다.
실시하였다. 각각의 primer를 이용하여 합성된 DNA 조각을 Agarose gel 전기영동을 이용하여 분리하고 같은 위치에있는 band를 코드화하여 각 Lj/coris속간의 상관관계를 행렬표로 작성 하였다(Table 1). 이 행렬표를 이용하여 Mini Tab으로 각 Lycoris 속간의 dendrogram을 그려 유연관계를 분석하였다 (Fig.
5 g으로부터 DNA 분리과정에서의 오차를 줄이기 위하여 MRC (Molecular Research Center)사의 DNAzol TMES (plant ge nomic DNA isolation reagent)를 사용하여 DNA를 분리하였다. 각각의 품종으로부터 얻은 각각 DNA를 정량한 후 50 ng/iil이 되도록 희석하였다. 선별된 primer를 이용하여 각각의 주형을 대상으로 primer (UBS) 200 pM (1 μl), Template 6 ng/pl, Taq pol TaKaRa rTaq 1 U, 2.
본 연구에서는 국제적으로 선호도가 높은 Lgcoris 속을 선별하여 연구에 적용하였으며, 어린잎을 채취하여 Genomic DNA를 분리하고 이를 선별된 primer를 이용한 RAPD 분석을 실시하였다. 각각의 primer를 이용하여 합성된 DNA 조각을 Agarose gel 전기영동을 이용하여 분리하고 같은 위치에있는 band를 코드화하여 각 Lj/coris속간의 상관관계를 행렬표로 작성 하였다(Table 1).
이러한 반응으로 얻어진 증폭된 DNA를 2% TBE gel에서 100 V로 전기 영동한 후 EtBr로 염색한 후 UV에서 관찰 한 후 디지털 사진기로 사진을 찍어 분석한다. 분석은 Hewlett packard사의 ScanJet 6100C scaner를 이용하여 확대 한 후 명암을 반전시킨 후 기초가 되는 band를 선택하여 그 band의 존재 여부를 표로 만들었다.
또한 이 pri-mer의 제작은 전문 회사인 UBC에 의뢰하여 합성하였다. 식물의 성장이 가장 활발한 시기에 그 식물의 어린잎 0.5 g으로부터 DNA 분리과정에서의 오차를 줄이기 위하여 MRC (Molecular Research Center)사의 DNAzol TMES (plant ge nomic DNA isolation reagent)를 사용하여 DNA를 분리하였다. 각각의 품종으로부터 얻은 각각 DNA를 정량한 후 50 ng/iil이 되도록 희석하였다.
각각의 primer를 이용하여 합성된 DNA 조각을 Agarose gel 전기영동을 이용하여 분리하고 같은 위치에있는 band를 코드화하여 각 Lj/coris속간의 상관관계를 행렬표로 작성 하였다(Table 1). 이 행렬표를 이용하여 Mini Tab으로 각 Lycoris 속간의 dendrogram을 그려 유연관계를 분석하였다 (Fig. 1).
5 mM dNTP 2 μl를 첨가하여 Stratagene사의 gradient PCR기를 이용하여 처음 2 cycle은 predenaturation 단계는 93 ℃ 에서 4분, denaturation 단계는 93 ℃ 에서 30초, annealing단계는 36 ℃ 에서 45초, elongation단계는 72℃ 에서 30초 동안 수행한 후, 나머지 43 cycle은 denaturation 단계는 93 ℃ 에서 30초, annealing 단계는 36 ℃ 에서 45초, elongation 단계는 72 ℃ 에서 45초 동안 수행하고 post-elongation 단계를 72℃ 에서 5분 동안 수행한 훅 반응을 멈춘다. 이러한 반응으로 얻어진 증폭된 DNA를 2% TBE gel에서 100 V로 전기 영동한 후 EtBr로 염색한 후 UV에서 관찰 한 후 디지털 사진기로 사진을 찍어 분석한다. 분석은 Hewlett packard사의 ScanJet 6100C scaner를 이용하여 확대 한 후 명암을 반전시킨 후 기초가 되는 band를 선택하여 그 band의 존재 여부를 표로 만들었다.
대상 데이터
국내종인 석산, 개상사화, 백양꽃, 상사화 등은 국내 자생지로부터 연구가 이루어졌고, 기타 종은 네덜란드 국립 구근연구소와 육종 연구소에서 수집 보관중인 종과 종묘 회사로부터 구입하여 실험 포장에서 재배하였다. 이 개체로부터 얻어진 어린잎과 뿌리를 채취하여 실험 재료로 활용하였다.
구입하여 실험 포장에서 재배하였다. 이 개체로부터 얻어진 어린잎과 뿌리를 채취하여 실험 재료로 활용하였다.
데이터처리
primer에 대하여 제작하였다. 각각의 행렬표에서 같은 위치에 있는 결과를 합산 한 후 primer의 수로 나누어 평균을 값을 얻어 평균 행렬표를 작성하였다. 이를 이용하여 MiniTab 프로그램으로 집단 유연관계에 대한 dendrogram을 그려 분석하였다.
각각의 행렬표에서 같은 위치에 있는 결과를 합산 한 후 primer의 수로 나누어 평균을 값을 얻어 평균 행렬표를 작성하였다. 이를 이용하여 MiniTab 프로그램으로 집단 유연관계에 대한 dendrogram을 그려 분석하였다.
성능/효과
incanata 도 군집 안에서 높은 상동성을 보였다. L. radiata, L. radiata var pum- ila, L. albiflora 그리고 L. tmubii의 꽃은 spider형이며 이러한 종은 다른 종과의 유연관계가 매우 낮은 상동성을 보였다.
如종의 상사화 종은 크게 두 군집으로 분류되 었다. L. sprengeri와 L. incanata은 가장 높은 상동성을 보였으며, 같은 개화 시기와 분홍색의 화색을 가지고 있었다. 춘기출엽형은 L.
1에서 확인 할 수 있다. L. traubii^ L albijlom의 경우를 같은 추기출엽형 이기는 하나 화색이 전혀 다름에 따라 유전 유연관계에서 또한 타종에 비해 독립적인 유연관계를 나타내고 있음을 확인하였다.
ata의경우는 89 정도의 가장 높은 상동성을 보였으며 L. koremz와도 71 정도에서 매우 높은 상동성을 나타냈다. L.
smguigera는 같은 군집 안에서 높은 상동성을 보였다. 또한 L. koreana, L. sprengeri 그리고 L. incanata 도 군집 안에서 높은 상동성을 보였다. L.
이 분석에 따르면 L. squamigera, L. sanguinea, L. aurea, L. traubii 그리고 L. albiflora가 큰 군집을 형성하였으며, 이 중 L. squamigeraS[ L. sanguinea, L. aurea^f L. tnmbii사-이에서 각각 71.55 근처에서 상동성을 보였다. 또한 L.
화편의 파상 시기는 개화가 이루어지면서 1-2일 사이에 이루어짐을 관찰 할 수 있었다. 전체적으로 꽃의 특성은 trumpet type이 spider type보다 꽃잎의 폭이 넓고 긴 경향이었으며 약간의 향기가 있었다(Table 3). 화형이 spider type의 형태를 가지는 종은 군집 안에서 각 종간의 유연관계에서 멀어진 종으로 유전 형질의 변화에 따른 표현형으로 유추된다.
incanata은 가장 높은 상동성을 보였으며, 같은 개화 시기와 분홍색의 화색을 가지고 있었다. 춘기출엽형은 L. squamigera, L. sanguinea, L. koreana, L. sprengeri 그리고 L. incanata이었으며, L. squami- gera와 L. smguigera는 같은 군집 안에서 높은 상동성을 보였다. 또한 L.
trubii이었다. 화편장은 상사화가 7.0 cm로 가장 크고, L. aurea 6.8 cm, L. sanguinea 6.5 cm 순이었고 화편폭은 L. sprengeri가 2.4 cm 로 가장 길었다(Table 3). 꽃잎이 파상을 형 성 하는 종으로는 석 산, L.
후속연구
또한 이러한 교잡 시에 내한성과 화형을 고려하여 교잡하면 우수하고 다양한 형태의 신품종을 예측하고 개발할 수 있다. Lycoris 속은 화색이 다양하나 절화 수명 이 짧은 것이 단점으로 이들 두가지속 식물의 장점들을 개량해 나가면 훌륭한 화훼 구근식물이 될 것이다. 본 연구에서는 Lycoris 속의 분포 지역 및 생육 특성, 유전적 유연관계를 분석하고 이에 따른 외형을 비교 분석 하였다.
본 연구에서는 Lycoris 속의 분포 지역 및 생육 특성, 유전적 유연관계를 분석하고 이에 따른 외형을 비교 분석 하였다. 같은 개화 시기와 다른 특성의 종간교잡을 이용하면 우수한 형질의 개량종을 개발 할 수 있을 것으로 기대하여 이러한 연구 결과는 육종 및 교잡으로 다양한 화종으로 개 량하는 기초자료로 활용되기를 기대한다.
새로운 육종을 통한 신품종 개발 시 이 군집 안에서의 교잡을 통한 우수한 품종을 개발 할 수 있을 것이다. 또한 이러한 교잡 시에 내한성과 화형을 고려하여 교잡하면 우수하고 다양한 형태의 신품종을 예측하고 개발할 수 있다. Lycoris 속은 화색이 다양하나 절화 수명 이 짧은 것이 단점으로 이들 두가지속 식물의 장점들을 개량해 나가면 훌륭한 화훼 구근식물이 될 것이다.
이는 특성과 유전적 유연관계가 매우 밀집하는 것을 의미한다. 새로운 육종을 통한 신품종 개발 시 이 군집 안에서의 교잡을 통한 우수한 품종을 개발 할 수 있을 것이다. 또한 이러한 교잡 시에 내한성과 화형을 고려하여 교잡하면 우수하고 다양한 형태의 신품종을 예측하고 개발할 수 있다.
참고문헌 (18)
Bryan, J. E. 1989, Bulbs. Christopher helm London. pp. 264-265.
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