한국 콩 보급품종을 포함한 엘리트품종의 SSR마커에 의한 유전적 다양성과 품종판별 Genetic Diversity and Identification of Korean Elite Soybean Cultivars including Certified Cultivars Based on SSR Markers원문보기
우리나라에서 1994년부터 2007년까지 보급된 콩 20개 보급품종과 6개의 유망품종을 포함한 26개의 엘리트품종들을 SSR마커를 이용하여 유전적 다양성과 유연관계를 분석하고, 품종을 판별한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. SSR마커 15개를 이용하여 분석한 결과 총 201개의 대립인자가 확인되었고, 각 유전좌별로 최소 8개(Satt141)에서 최대 19개(Satt197)의 대립인자가 확인되었으며, 마커당 대립인자수는 평균 13.4개이었다. 2. 15개 SSR마커에 의한 국내 콩 엘리트품종들의 유전적다양성 (PIC값)은 평균 0.874이었고 그 범위는 0.931-0.782이었으며, 마커별로는 Satt197이 0.931로 가장 높았고 Satt141이 0.782로 가장 낮았다. 3. SSR마커를 이용한 유전적거리에 의한 군집분석한 결과, 26개 품종이 3개 그룹으로 분류되었으며, I그룹에 2품종(7.7%), II그룹에 7품종(26.9%), 그리고 III그룹에 17품종(65.4%)이 속하였다. 4. SSR마커에 의하여 분류된 3그룹내의 유전적 다양성은 0.720-0.799으로 평균 0.769이었고, 그룹간의 유전적 다양성은 0.725-0.857으로 평균 0.813이었다. 그룹간이 그룹내보다 유전적 다양성이 더 높았으며, 유연관계는 I그룹은 II그룹 및 III그룹과 유전적거리가 가까웠으며, II그룹과 III그룹간은 서로 유전적거리가 다소 멀었다. 5. 다형성이 높은 5개의 SSR마커 중에서 2개 마커를 이용한 5개조합($Satt197+Sat_088$, Satt197+Satt245, $Sat_088+Sat_036$, $Sat_088+Satt245$, Satt185+Satt245)이 선정되었으며, 이중 어느 조합을 사용하여도 26개 엘리트품종 모두의 판별이 가능하였다.
우리나라에서 1994년부터 2007년까지 보급된 콩 20개 보급품종과 6개의 유망품종을 포함한 26개의 엘리트품종들을 SSR마커를 이용하여 유전적 다양성과 유연관계를 분석하고, 품종을 판별한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. SSR마커 15개를 이용하여 분석한 결과 총 201개의 대립인자가 확인되었고, 각 유전좌별로 최소 8개(Satt141)에서 최대 19개(Satt197)의 대립인자가 확인되었으며, 마커당 대립인자수는 평균 13.4개이었다. 2. 15개 SSR마커에 의한 국내 콩 엘리트품종들의 유전적다양성 (PIC값)은 평균 0.874이었고 그 범위는 0.931-0.782이었으며, 마커별로는 Satt197이 0.931로 가장 높았고 Satt141이 0.782로 가장 낮았다. 3. SSR마커를 이용한 유전적거리에 의한 군집분석한 결과, 26개 품종이 3개 그룹으로 분류되었으며, I그룹에 2품종(7.7%), II그룹에 7품종(26.9%), 그리고 III그룹에 17품종(65.4%)이 속하였다. 4. SSR마커에 의하여 분류된 3그룹내의 유전적 다양성은 0.720-0.799으로 평균 0.769이었고, 그룹간의 유전적 다양성은 0.725-0.857으로 평균 0.813이었다. 그룹간이 그룹내보다 유전적 다양성이 더 높았으며, 유연관계는 I그룹은 II그룹 및 III그룹과 유전적거리가 가까웠으며, II그룹과 III그룹간은 서로 유전적거리가 다소 멀었다. 5. 다형성이 높은 5개의 SSR마커 중에서 2개 마커를 이용한 5개조합($Satt197+Sat_088$, Satt197+Satt245, $Sat_088+Sat_036$, $Sat_088+Satt245$, Satt185+Satt245)이 선정되었으며, 이중 어느 조합을 사용하여도 26개 엘리트품종 모두의 판별이 가능하였다.
A total of 26 Korean elite soybean cultivars including 21 certified cultivars was assessed to evaluate genetic diversity and to analyze relationship among them based on 15 SSR markers. Fifteen SSR markers generated a total of 201 alleles. Average number of alleles per SSR marker was 13.4 with a rang...
A total of 26 Korean elite soybean cultivars including 21 certified cultivars was assessed to evaluate genetic diversity and to analyze relationship among them based on 15 SSR markers. Fifteen SSR markers generated a total of 201 alleles. Average number of alleles per SSR marker was 13.4 with a range from 8 to 19. Genetic diversity of 26 cultivars estimated by PIC value ranged from 0.782 to 0.931 with an average of 0.874. PIC value of Satt197 was the highest with 0.931 and Satt141 was the lowest with 0.782 among 15 SSR markers. Cluster analysis based on genetic distances classified 26 soybean cultivars into 3 clusters. Cluster I, II and III included 2, 7 and 17 cultivars, respectively. Average genetic diversity within clusters was 0.769 with a range from 0.720 to 0.799. Average genetic diversity between clusters was 0.813 with a range from 0.725 to 0.857. Genetic diversity was higher between clusters than within clusters. Genetic relationship among clusters was near between I and II, and I and III and far between II and III cluster. All of 26 Korean elite soybean cultivars could be identified by using any of 5 combinations of 2 SSR markers with higher PIC value, i.e, $Satt197+Sat_088$, Satt197+Satt245, $Sat_088+Sat_-036$, $Sat_088+Satt245$ and Satt185+Satt245.
A total of 26 Korean elite soybean cultivars including 21 certified cultivars was assessed to evaluate genetic diversity and to analyze relationship among them based on 15 SSR markers. Fifteen SSR markers generated a total of 201 alleles. Average number of alleles per SSR marker was 13.4 with a range from 8 to 19. Genetic diversity of 26 cultivars estimated by PIC value ranged from 0.782 to 0.931 with an average of 0.874. PIC value of Satt197 was the highest with 0.931 and Satt141 was the lowest with 0.782 among 15 SSR markers. Cluster analysis based on genetic distances classified 26 soybean cultivars into 3 clusters. Cluster I, II and III included 2, 7 and 17 cultivars, respectively. Average genetic diversity within clusters was 0.769 with a range from 0.720 to 0.799. Average genetic diversity between clusters was 0.813 with a range from 0.725 to 0.857. Genetic diversity was higher between clusters than within clusters. Genetic relationship among clusters was near between I and II, and I and III and far between II and III cluster. All of 26 Korean elite soybean cultivars could be identified by using any of 5 combinations of 2 SSR markers with higher PIC value, i.e, $Satt197+Sat_088$, Satt197+Satt245, $Sat_088+Sat_-036$, $Sat_088+Satt245$ and Satt185+Satt245.
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문제 정의
따라서 본 연구는 국내에서 보급되었던 콩 품종들과 앞으로 수요가 증가될 것으로 예상되는 몇몇 유망품종들을 SSR 마커를 이용하여 유전적다양성과 유연관계를 분석하고, 품종판별의 가능성을 검토하여 콩 품종육성에 필요한 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
Turuspekov et al.(2001)의 방법에 따라 1단계에서 다형성이 높은 마커를 사용하여 품종을 판별하였고, 1단계에서 판별되지 않은 품종은 다음으로 다형성이 높은 마커를 사용하여 2단계에서 판별하는 2단계 판별법으로 판별 모식도를 작성하였다.
SSR마커의 다양성 및 PIC value의 분석은 PCR에 의해 증폭된 산물을 6% page gel에서 분리한 후 분자량 확인용 10 bp DNA ladder band를 기준으로 하여 각 SSR마커의정확한 band 위지를 확인한 후 각 품송별로 분자량을 즉정하여 이용하였다. 특정 band가 있는 것을 "1" 없는 것을 "0"으로 하여 data matrix를 작성하였으며, 유전적 다양성과 유전적거리를 산출하기 위하여 POPGENE softwrare(version 1.
우리나라에서 1994년부터 2007년까지 보급된 콩 20개 보급품종과 6개의 유망품종을 포함한 26개의 엘리트품종들을 SSR마커를 이용하여 유전적 다양성과 유연관계를 분석하고, 품종을 판별한 결과를 요약하면 다음과 같다.
품종판별을 위해서 선발된 다형성 및 PIC값이 높은 5개의 SSR마커(Sattl97, Sat_088, Sat_036, Satti85, Satt245)중에서 1 단계로 대립인자수가 가장 많고, PIC값이 가장 높은 마커를 이용하여 품종을 구별하였고, 2단계로 1단계에서 구별되지 않은 나머지 품종을 다음으로 대립 인자수가 많고, PIC 값이 높은 마커를 사용하여 구별하는 2단계 판별법으로 품종을 판별하였다. 엘리트 품종 26개의 판별 모식도는 Fig.
대상 데이터
PIC)를 고려하여 Yoon et a/.(2007)과 Kim et al. (2006)에 근거하여 다형성이 높은 15개의 primer를 선발하였다(Table 2). PCR 용액의 조성은 50 ng의 genomic DNA, 10X PCR buffer, 0.
1. A UPGMA dendrogram based on genetic distance by 15 SSR markers in 26 Korean elite soybean cultivars.
Table 3. Number of alleles, range of allele size and polymorphic information content (PIC) of 15 SSR markers in 26 Korean elite soybean cultivars.
시험품종은 한국에서 1994년부터 2007년까지 국립종자원에서 보급한 20개 품종과 몇년내에 바로 보급품종이 될 3개의 유망품종 및 지역특산화의 일환으로 단지화 재배되고 있는 3개의 품종을 포함한 총 26품종이었으며, 농촌진흥청 농업유전자원센터 및 각 육성모지로부터 종자를 분양받았다. 이들을 육성년도에 따라서 구분하면 1990년 이전에 육성된 품종이 8개, 1991년-2000년에 육성된 품종은 13개 및 2001년 이후에 육성된 품종은 5개이었으며, 용도별로는 장류 및 두부콩이 16품종, 나물콩과 밥밑콩이 각각 5품종씩이었다 (Table 1).
데이터처리
이용하였다. 특정 band가 있는 것을 "1" 없는 것을 "0"으로 하여 data matrix를 작성하였으며, 유전적 다양성과 유전적거리를 산출하기 위하여 POPGENE softwrare(version 1.31)(Yeh et al. 1997)를 이용하여 분석하였다. 유전적 다양성(PIC value)은 #는 마커 i번째 band들 중에서 j번째 band의 확률의 식으로 산출하여 SSR marker locus의 유전적 다양성 정도를 Nei(1973)의 방법에 으]해 신출하였다.
유전적 다양성(PIC value)은 #는 마커 i번째 band들 중에서 j번째 band의 확률의 식으로 산출하여 SSR marker locus의 유전적 다양성 정도를 Nei(1973)의 방법에 으]해 신출하였다. 유연관계는 NTSYSik software(version 2.1)과 Powermaker software를 이용하여 Jaccard similarity coefficients 유전적 유사도를 구하였으며, UPGMA 방법으로 dendrogram을 작성하여 시험 품종들의 그룹분류와 유연관계를 비교하였다.
이론/모형
DNA 추출은 콩 종실을 Cho et al.(2000)의 방법에 의하여 수행하였다. 분석시료는 24시간 종자를 증류수에 침지 시킨 후 막자사발에 넣고 액체질소를 사용하여 곱게 간 분말5 ml에 extraction buffer[0.
5 mM MgCh와 1 unit의 Taq DNA polymerase를 혼합하여 이용하였다. DNA 증폭은 Longgene MG96G 모델을 사용하였다. PCR에 의한 DNA의 증폭은 Hot step을 94℃에서 5분간 실시하였고, 94℃에서 1분간 denaturation, SSR마커에 따라 47~55 ℃ 로 1분간 annealing.
성능/효과
결과<Fig. 1), 3개 그룹으로 분류되었는데 I그룹에 대풍콩과 선유콩의 2품종(7.7%), II그룹에 청자콩 등 7품종(26.9%), 그리고 Ⅲ 그룹에 장원콩 등 17품종(65.4%)이 포함되었다. 즉, Ⅲ 그룹에 가장 많은 품종이 속하였으며 II그룹과 Ⅲ그룹에 전체의 90% 이상이 속하였다.
1. SSR마커 15개를 이용하여 분석한 결과 총 201 개의 대립인자가 확인되었고, 각 유전좌별로 최소 8개(Sattl41)에서 최대 19개(Sattl97)의 대립인자가 확인되었으며, 마커 당 대립 인자 수는 평균 13.4개이었다.
2. 15개 SSR마커에 의한 국내 콩 엘리트품종들의 유전적 다양성(PIC값)은 평균 0.874이었고 그 범위는 0.931-0.782 이었으며, 마커별로는 Satt1970] 0.931 로 가장 높았고 Sattl41 이 0.782로 가장 낮았다.
3. SSR마커를 이용한 유전적거리에 의한 군집분석한 결과, 26개 품종이 3개 그룹으로 분류되었으며, I그룹에 2품종(7.7%), II그룹에 7품종(26.9%), 그리고 Ⅲ그룹에 17품종 (65.4%)이 속하였다.
4. SSR마커에 의하여 분류된 3그룹내의 유전적 다양성은 0.720-0.799으로 평균 0.769이었고, 그룹간의 유전적 다양성은 0.725-Q857으로 평균 0.813이었다. 그룹간이 그룹 내보다 유전적 다양성이 더 높았으며, 유연관계는 I그룹은 II 그룹 및 Ⅲ그룹과 유전적거리가 가까웠으며, II그룹과 Ⅲ 그룹 간은 서로 유전적거리가 다소 멀었다.
2, 3, 4, 5 및 6과 같다. 품종판별을 위한 5개의 SSR마커의 조합, 1) Satt197+Sat_088, 2) Sattl97+Satt245, 3) Sat_ 088+Sat_036, 4) Sat_088+Satt245, 5) Satti 85+Satt245이 선정되었으며, 이중에서 어떠한 마커조합을 사용하여도 26개 품종 모두의 판별이 가능하였다. 즉, 1단계로 다형성이 가장 높은 마커 인 Sattl97을 사용하면 26개 품종 중에서 녹채콩 등 14개 품종이 판별되었으며, 2단계로 1단계에서 판별되지 않은 품종들을 다음으로 다형성이 높은 Sat_088을 사용하거나(Fig.
5. 다형성이 높은 5개의 SSR마커 중에서 2개 마커를 이용한 57H조합(Sattl97+Sat_088, Sattl97+Satt245, Sat_088+ Sat_036, Sat_088+Satt245, Sattl85+Satt245)이 선정되었으며, 이 중 어느 조합을 사용하여도 26개 엘리트품종 모두의 판별이 가능하였다.
813이었으며 그룹 내의 평균 유전적 다양성보다 높았다. I그룹과 II그룹 및 Ⅲ그룹 간은 유전적 거리가 각각 0.856과 0.857로서 큰 차이가 없었으며, II그룹과 Ⅲ그룹 간은 유전적거리가 0.725로서 I그룹과 II그룹간 및 I그룹과 Ⅲ그룹간의 유전적거리보다 다소 멀었다. 그룹 간 유전적다양성과 유연관계의 차이는 용도별 육종목표 및 육성모지 등 육종환경에 따라 육종재료의 이용이 다르고 또한 선발의 기준이 달랐기 때문인 것으로 생각된다.
대립인자의 범위는 Sat_043 이 138-290 bp으로 가장 넓게 분포되었고, 다음으로 Sattl85가 132-266 bp로서 넓었으며, Satt532와 Satt045가 각각 160- 176 bp, 124-150 bp로서 분포가 좁았다. PIC값은 0.782- 0.931 의 범위이었는데 Sattl97이 가장 컸으며, Sattl41 이 가장 작았고, 평균 0.874로서 유전적 다양성이 높았다. 이러한 결과는 Kim et al.
813이었다. 그룹간이 그룹 내보다 유전적 다양성이 더 높았으며, 유연관계는 I그룹은 II 그룹 및 Ⅲ그룹과 유전적거리가 가까웠으며, II그룹과 Ⅲ 그룹 간은 서로 유전적거리가 다소 멀었다.
또한 본 연구에서 다형성이 높은 5개의 SSR마커 중에서 2개를 이용한 5개 마커조합의 어느 조합을 사용하여도 26 개의 엘리트품종 모두가 판별이 가능하였다. 이러한 품종판별기술은 실용적으로 활용이 가능하고, 콩 품질관리에도 효율적일 것이다.
할 수 있다. 보급기간으로 볼 때 장류 및 두부 콩에서는 황금 콩이 15년으로 가장 긴 장수품종이었으며, 다음으로 태광 콩이 10년으로 긴 장수품종이었다. 그 외에 장엽콩, 보광 콩, 단경콩 및 대원콩의 보급기간이 길었다.
나물 콩에서는 은하 콩이 보급기간이 11년으로 장수품종이었고, 다음으로풍산나물콩이 8년으로 길었으며, 밥밑콩은 보급기간이 1년으로 짧았다(Table 1). 보급기간이 긴 우량품종들의 SSR분 석에 의한 유연관계로 볼 때 장류 및 두부콩 중에서 황금 콩은 II그룹에 속하였고, 그 외의 태광콩, 장엽콩, 보광콩, 단경콩 및 대원콩은 Ⅲ그룹에 속하였는데 Ⅲ그룹 내에서 이들 품종들은 단경콩을 제외하고는 유전적 거리가 매우 가까웠다. 나물콩의 은하콩과 풍산나물콩은 동일한 Ⅲ그룹에 속하였지만 유전적 거리가 비교적 멀었다(Fig.
74이었다고 보고한바 있다. 본 연구에서 SSR마커로 분석한 품종들은 국내에서 실제로 재배되었거나 현재도 재배되고 있는 우수한 품종들로서 다른 연구결과에 비하여 유전적 다양성이 높았다. 이러한 결과는 1980년대부터 수입개방화에 대응하고 소비자의 기호도를 충족키 위하여 용도별로 품종을 다양화하고 품질의 고급화를 육종목표로 설정하면서 이전에 비하여 다양한 교배친들이 이용되었기 때문인 것으로 생각된다.
즉, Ⅲ 그룹에 가장 많은 품종이 속하였으며 II그룹과 Ⅲ그룹에 전체의 90% 이상이 속하였다. 용도별로는 I그룹에 장류 및 두부콩 2품종이, II그룹에 장류 및 두부콩 2품종, 나물콩 1품종 및 밥밑콩 4품종이, E그룹에 장류 및 두부콩 12품종, 나물 콩 4품종 및 밥밑콩 1품종이 속하였다. II그룹과 Ⅲ 그룹에는 용도별로 품종이 혼재되어 있지만 밥밑콩은 주로 II 그룹에, 그리고 장류 및 두부콩과 나물콩은 Ⅲ그룹에 많이 속하였다.
이들을 육성년도에 따라서 구분하면 1990년 이전에 육성된 품종이 8개, 1991년-2000년에 육성된 품종은 13개 및 2001년 이후에 육성된 품종은 5개이었으며, 용도별로는 장류 및 두부콩이 16품종, 나물콩과 밥밑콩이 각각 5품종씩이었다 (Table 1).
이상의 결과와 같이 국내의 보급품종을 포함한 콩 엘리트품종들에 대한 SSR분석에서 PIC값은 평균 0.874로서 유전적 다양성이 높았으며 분류된 그룹간에 유전적 다양성 및 유연관계가 다르게 나타나고 있다. Jong et al.
품종판별을 위한 5개의 SSR마커의 조합, 1) Satt197+Sat_088, 2) Sattl97+Satt245, 3) Sat_ 088+Sat_036, 4) Sat_088+Satt245, 5) Satti 85+Satt245이 선정되었으며, 이중에서 어떠한 마커조합을 사용하여도 26개 품종 모두의 판별이 가능하였다. 즉, 1단계로 다형성이 가장 높은 마커 인 Sattl97을 사용하면 26개 품종 중에서 녹채콩 등 14개 품종이 판별되었으며, 2단계로 1단계에서 판별되지 않은 품종들을 다음으로 다형성이 높은 Sat_088을 사용하거나(Fig. 2), 또한 Satt245를 사용하면(Fig. 3), 나머지 12개 품종이 모두 판별되었다. Fig.
분석한 결과는 Table 3과 같다. 총 201개의 대립인자가 확인되었고, 각 유전좌별로는 최소 8개(Sattl41)에서 최대 19개(Sattl97)까지 확인되었으며 마커당 평균 13.4개의 대립인자가 확인되었다. 대립인자의 범위는 Sat_043 이 138-290 bp으로 가장 넓게 분포되었고, 다음으로 Sattl85가 132-266 bp로서 넓었으며, Satt532와 Satt045가 각각 160- 176 bp, 124-150 bp로서 분포가 좁았다.
후속연구
이러한 품종판별기술은 실용적으로 활용이 가능하고, 콩 품질관리에도 효율적일 것이다. 따라서 새로이 육성되어 보급되는 품종들에 대한 DNA마커를 이용한 품종 판별기술은 육성자의 권리 보호와 국산콩과 수입콩과의 차별화를 위하여 지속적으로 개발되어야할 것이다.
Zhou et al(2002)도 일본의 육종가들이 콩 품종의 유전적 다양성을 확보하기 위해서는 유전적으로 비슷한 집단내의 교잡을 피하는 것이라고 하였다. 따라서 우리나라 콩 품종의 유전적 다양성을 지속적으로 유지하기 위해서는 우수한 국내자원의 발굴뿐만 아니라 국외의 다양한 유망 유전자원을 도입 발굴하여 유전변이를 확대시키고, DNA 분석을 통하여 유전적 거리가 가까운 자원들과의 교배친 이용을 피하여야 할 것이다.
한국 콩 엘리트품종들의 SSR마커에 의한 유전적 다양성과 유연관계 및 품종판별에 대한 본 연구의 결과는 한국의 콩 육종가들에게 품종개발의 효율성 증대를 위한 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 생각된다. Cui et al.
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