In this study, simple sequence repeat (SSR) analyses were utilized for evaluation of genetic diversity and discrimination of 17 accessions. Five cultivars, which were developed from Korea, and 12 foreign accessions, which were collected from China, Japan, Russia and USA, were evaluated by nine marke...
In this study, simple sequence repeat (SSR) analyses were utilized for evaluation of genetic diversity and discrimination of 17 accessions. Five cultivars, which were developed from Korea, and 12 foreign accessions, which were collected from China, Japan, Russia and USA, were evaluated by nine markers out of 22 SSR markers. A total of 39 alleles were detected, ranging from 2 to 8, with an average of 4.3 alleles per locus. The expected heterozygosity and PIC values were 0.627 and 0.553, with a range from 0.21 (GB-PG-078) to 0.76 (GB-PG-142) and from 0.19 (GB-PG-078) to 0.70 (GB-PG-142), respectively. Four makers out of nine SSR markers, GB-PG-026, GB-PG-043, GB-PG-142 and GB-PG-177, were selected as key factors for discrimination of Korean ginseng cultivars and foreign accessions. All of Korean ginseng cultivars and foreign accessions were individually by the combination of four SSR markers. Consequently, the SSR markers developed in this study may prove useful for the evaluation of genetic diversity and discrimination of Korean ginseng cultivars and foreign accessions.
In this study, simple sequence repeat (SSR) analyses were utilized for evaluation of genetic diversity and discrimination of 17 accessions. Five cultivars, which were developed from Korea, and 12 foreign accessions, which were collected from China, Japan, Russia and USA, were evaluated by nine markers out of 22 SSR markers. A total of 39 alleles were detected, ranging from 2 to 8, with an average of 4.3 alleles per locus. The expected heterozygosity and PIC values were 0.627 and 0.553, with a range from 0.21 (GB-PG-078) to 0.76 (GB-PG-142) and from 0.19 (GB-PG-078) to 0.70 (GB-PG-142), respectively. Four makers out of nine SSR markers, GB-PG-026, GB-PG-043, GB-PG-142 and GB-PG-177, were selected as key factors for discrimination of Korean ginseng cultivars and foreign accessions. All of Korean ginseng cultivars and foreign accessions were individually by the combination of four SSR markers. Consequently, the SSR markers developed in this study may prove useful for the evaluation of genetic diversity and discrimination of Korean ginseng cultivars and foreign accessions.
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문제 정의
따라서 본 연구는 SSR 마커를 이용하여 국내·외에서 수집되어 재배중인 유전자원에 대한 유전적 다양성을 평가하여, 국내 육성 품종 판별에 대한 가능성을 검토하고, 향후 인삼 품종 육성 시 신품종의 구별성 확보를 통한 대내·외 지적재산권 확보 및 종자의 균일성 검정에 활용하여 과학적인 종자 관리 체계를 구축하고자 수행되었다.
제안 방법
9개의 SSR 마커를 이용하여 천풍, 연풍, 고풍, 금풍, 선풍의 국내산 5품종과 중국, 러시아, 일본, 미국에서 수집하여 재배 중인 12 종류의 유전자원에 대하여 유전적 다양성을 분석하였다. 그 결과, 총 39개의 allele가 관찰되었으며, allele 수는 2개 (GB-PG-078)에서 8개 (GB-PG-142)로 나타났고, 평균 allele 수는 4.
1. Diagrammatic display of cultivar discrimination by UPGMA dendrogram using 17 ginseng accessions at each stage by four SSR markers.
(2007)이 발표한 논문에서 polymorphic information content (PIC) 값이 높고 allele 수가 많은 9개 SSR 마커를 선발하여 분석에 사용하였다 (Table 2). PCR 반응을 위해서 Schuelke (2000)의 방법을 변형하여 수행하였다. 주형 DNA 40 ng, M13-tailed forward primer 0.
SSR 마커를 이용하여 국내산 인삼 품종 및 국외 수집종에 대한 구분성 여부를 검정하기 위하여 9개 마커 중 allele 수 및 PIC 값이 가장 높은 GB-PG-142 마커를 이용하여 dendrogram을 작성 후 1차 품종 및 국외 수집종에 대한 판별 분석을 수행하였다. 구분이 되지 않은 자원에 대해서는 자원들이 갖고 있는 특정 allele를 포함하고 있는 마커 (GB-PG-043, GB-PG-177, GB-PG-026)를 선발하여 각각의 단계별로 하나의 마커를 추가하여 dendrogram을 작성하여 최종 4단계로 국내산 인삼 품종 및 국외 수집종에 대한 판별을 하였다.
SSR 마커를 이용하여 국내산 품종과 중국산, 러시아산, 일본산 및 미국산 수집종의 판별을 위하여 9개의 마커 중 allele 수, gene diversity 및 PIC 값이 가장 높은 GB-PG-142 마커를 우선 적용하여 dendrogram을 작성하여 분석을 하였다. 그 후 GB-PG-043, GB-PG-177, GB-PG-026 순으로 마커를 추가하여 단계별로 tree를 작성하여 분석을 수행하였다 (Fig.
SSR 마커를 이용하여 국내산 인삼 품종 및 국외 수집종에 대한 구분성 여부를 검정하기 위하여 9개 마커 중 allele 수 및 PIC 값이 가장 높은 GB-PG-142 마커를 이용하여 dendrogram을 작성 후 1차 품종 및 국외 수집종에 대한 판별 분석을 수행하였다. 구분이 되지 않은 자원에 대해서는 자원들이 갖고 있는 특정 allele를 포함하고 있는 마커 (GB-PG-043, GB-PG-177, GB-PG-026)를 선발하여 각각의 단계별로 하나의 마커를 추가하여 dendrogram을 작성하여 최종 4단계로 국내산 인삼 품종 및 국외 수집종에 대한 판별을 하였다.
SSR 마커를 이용하여 국내산 품종과 중국산, 러시아산, 일본산 및 미국산 수집종의 판별을 위하여 9개의 마커 중 allele 수, gene diversity 및 PIC 값이 가장 높은 GB-PG-142 마커를 우선 적용하여 dendrogram을 작성하여 분석을 하였다. 그 후 GB-PG-043, GB-PG-177, GB-PG-026 순으로 마커를 추가하여 단계별로 tree를 작성하여 분석을 수행하였다 (Fig. 1).
마커에 대한 number of allele (NA), major allele frequency (MAF), gene diversity (GD) 및 polymorphic information content (PIC)에 대한 분석은 PowerMarker (ver 3.25)를 이용하였다. 유연관계분석은 PowerMarker에 포함되어 있는 CS Chord 1967 distance를 이용하여 각각의 품종 및 국외 수집종에 대한 유전적 거리를 분석 후 UPGMA 방법을 이용하여 dendrogram을 작성하였다.
유전자형을 분석하기 위하여 PCR 산물 1.2 uL, internal size standard 500 ROX (ABI, Foster city, CA) 0.3 uL, Hidi formamid (ABI, Foster City, CA) 9 uL을 첨가 후 ABI 3130xl Genetic Analyzer (ABI, Foster City, CA)를 이용하여 분석하였다. 자료 분석을 위하여 Genemapper 4.
실험에 사용된 재료는 인삼특작부 육종전문가의 도움을 받아 지상부의 형태적 특징을 1차적으로 파악하여 품종 및 수집종 당 5개체씩의 샘플을 채취하였으며, 확증표본을 제작하여 인삼특작부 Korea Medicinal Herbarium에 보관하였다 (Table 1). 인삼의 genomic DNA를 확보하기 위해서 3년생 잎을 채취하여 세척한 후 액체질소로 급냉시켜 막자사발을 이용하여 분말상태가 되도록 마쇄한 후, DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)을 이용하여 제작사가 제공한 Protocol에 따라 DNA를 추출하였다. 추출된 DNA는 BioSpecnano (Shimadzu, Japen)를 이용하여 인삼 DNA의 quality 및 quantity를 확인하였고 PCR 반응을 위해서 DNA 농도를 20 ng/uL로 정량 후 사용하였다.
인삼의 genomic DNA를 확보하기 위해서 3년생 잎을 채취하여 세척한 후 액체질소로 급냉시켜 막자사발을 이용하여 분말상태가 되도록 마쇄한 후, DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)을 이용하여 제작사가 제공한 Protocol에 따라 DNA를 추출하였다. 추출된 DNA는 BioSpecnano (Shimadzu, Japen)를 이용하여 인삼 DNA의 quality 및 quantity를 확인하였고 PCR 반응을 위해서 DNA 농도를 20 ng/uL로 정량 후 사용하였다.
대상 데이터
Ma et al. (2007)이 발표한 논문에서 polymorphic information content (PIC) 값이 높고 allele 수가 많은 9개 SSR 마커를 선발하여 분석에 사용하였다 (Table 2). PCR 반응을 위해서 Schuelke (2000)의 방법을 변형하여 수행하였다.
본 연구에 사용된 재료는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 인삼과 시험포장에서 재배중인 천풍, 연풍, 고풍, 금풍, 선풍의 국내산 5품종과 중국, 러시아, 일본, 미국에서 수집하여 재배중인 12 종류의 유전자원을 포함한 총 17점을 대상으로 하였다. 실험에 사용된 재료는 인삼특작부 육종전문가의 도움을 받아 지상부의 형태적 특징을 1차적으로 파악하여 품종 및 수집종 당 5개체씩의 샘플을 채취하였으며, 확증표본을 제작하여 인삼특작부 Korea Medicinal Herbarium에 보관하였다 (Table 1).
본 연구에 사용된 재료는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 인삼과 시험포장에서 재배중인 천풍, 연풍, 고풍, 금풍, 선풍의 국내산 5품종과 중국, 러시아, 일본, 미국에서 수집하여 재배중인 12 종류의 유전자원을 포함한 총 17점을 대상으로 하였다. 실험에 사용된 재료는 인삼특작부 육종전문가의 도움을 받아 지상부의 형태적 특징을 1차적으로 파악하여 품종 및 수집종 당 5개체씩의 샘플을 채취하였으며, 확증표본을 제작하여 인삼특작부 Korea Medicinal Herbarium에 보관하였다 (Table 1). 인삼의 genomic DNA를 확보하기 위해서 3년생 잎을 채취하여 세척한 후 액체질소로 급냉시켜 막자사발을 이용하여 분말상태가 되도록 마쇄한 후, DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)을 이용하여 제작사가 제공한 Protocol에 따라 DNA를 추출하였다.
주형 DNA 40 ng, M13-tailed forward primer 0.2 µM, reverse primer 0.6 µM, 형광 M13 primer 0.5 µM, dATP, dGTP, dCTP, dTTP를 각각 200 µM, 50 mM KCl, 10 mM Tris- HCl, 1.5 mM MgCl2, 0.25 unit Taq DNA polymerase를 사용하였으며, 형광물질로는 6-FAM, HEX, NED를 사용하였다.
이론/모형
25)를 이용하였다. 유연관계분석은 PowerMarker에 포함되어 있는 CS Chord 1967 distance를 이용하여 각각의 품종 및 국외 수집종에 대한 유전적 거리를 분석 후 UPGMA 방법을 이용하여 dendrogram을 작성하였다.
3 uL, Hidi formamid (ABI, Foster City, CA) 9 uL을 첨가 후 ABI 3130xl Genetic Analyzer (ABI, Foster City, CA)를 이용하여 분석하였다. 자료 분석을 위하여 Genemapper 4.0 (ABI PRIZM Applied Biosystems)을 이용하였다.
성능/효과
1). 2단계에 GB-PG-043 마커를 추가하여 분석한 결과 1단계에서 판별되지 않았던 13점 중에서 5점 (국내산 3점, 일본산 2점)이 판별되었다. 또한 GB-PG-177 마커를 이용한 3단계에서는 4점 (국내산 2점, 러시아산 2점), 4단계 (GB-PG-026)에서는 3점 (중국산 3점)이 판별되었다.
GB-PG-142 마커를 이용하여 1단계 판별을 수행한 결과 총 17점의 인삼 자원 중 4점 (미국산 3점, 중국산 1점)이 판별되었다. 판별이 되지 않은 13점은 자원들이 가지고 있는 유전자형에 따라 2개의 그룹을 형성하였다 (Fig.
Allele의 변이는 GB-PG-131에서 6 bp로 가장 좁았으며, GB-PG-043이 142 bp로 가장 넓은 변이를 나타냈다. MAF 범위는 GB-PG-131과 GB-PG-142에서 0.38로 가장 낮았고, GB-PG-078에서 0.88로 가장 높게 나타났으며, 평균은 0.502였다. 분석에 사용한 마커에 대한 유전적 다양성을 나타내는 PIC는 GB-PG-078 마커에서 0.
각 원산지별로 집단 내에 존재하는 특이적 allele는 본 연구에 사용된 9개의 마커 중 5개의 마커에서 관찰되었는데, 이들 마커에서 총 11개의 특이적인 allele가 관찰되었다. 특이적인 allele 수는 국내산과 미국산에서 4개, 중국산이 2개, 일본산에서 1개 순으로 나타났으며, 마커별로는 GB-PG-142에서 4개로 가장 높게 나타났고 GB-PG-065에서 1개로 가장 낮았다 (Table 4).
결론적으로 4개 SSR 마커 (GB-PG-026, GB-PG-043, GB-PG-142, GB-PG-177)를 이용하여 국내산 품종과 중국산, 러시아산, 일본산 및 미국에서 도입한 수집종에 대한 판별이 가능하였다. 본 연구에 사용된 4개 SSR 마커는 인삼 원산지에 따른 품종 및 수집종 판별, 종자의 순도 검정, 품종보호와 종자 관리체계 확립을 위한 품종의 구별성 (Distinctness), 균일성 (Uniformity) 및 안정성 (Stability) 검정에 활용될 수 있을 것이다.
9개의 SSR 마커를 이용하여 천풍, 연풍, 고풍, 금풍, 선풍의 국내산 5품종과 중국, 러시아, 일본, 미국에서 수집하여 재배 중인 12 종류의 유전자원에 대하여 유전적 다양성을 분석하였다. 그 결과, 총 39개의 allele가 관찰되었으며, allele 수는 2개 (GB-PG-078)에서 8개 (GB-PG-142)로 나타났고, 평균 allele 수는 4.3개였다. Allele의 변이는 GB-PG-131에서 6 bp로 가장 좁았으며, GB-PG-043이 142 bp로 가장 넓은 변이를 나타냈다.
또한 GB-PG-177 마커를 이용한 3단계에서는 4점 (국내산 2점, 러시아산 2점), 4단계 (GB-PG-026)에서는 3점 (중국산 3점)이 판별되었다. 본 연구에 사용한 인삼의 원산지에 따른 국내산 품종 및 국외 수집종에 대한 판별은 4단계까지의 마커 조합 (GB-PG-142, GB-PG-043, GB-PG-177, GB-PG-026)으로도 판별이 가능하였다 (Fig. 1, Table 5).
502였다. 분석에 사용한 마커에 대한 유전적 다양성을 나타내는 PIC는 GB-PG-078 마커에서 0.19로 가장 낮았으며, GB-PG-142에서 0.70으로 가장 높게 나타났고, 평균은 0.553이었다 (Table 3). Park et al.
각 원산지별로 집단 내에 존재하는 특이적 allele는 본 연구에 사용된 9개의 마커 중 5개의 마커에서 관찰되었는데, 이들 마커에서 총 11개의 특이적인 allele가 관찰되었다. 특이적인 allele 수는 국내산과 미국산에서 4개, 중국산이 2개, 일본산에서 1개 순으로 나타났으며, 마커별로는 GB-PG-142에서 4개로 가장 높게 나타났고 GB-PG-065에서 1개로 가장 낮았다 (Table 4).
후속연구
결론적으로 4개 SSR 마커 (GB-PG-026, GB-PG-043, GB-PG-142, GB-PG-177)를 이용하여 국내산 품종과 중국산, 러시아산, 일본산 및 미국에서 도입한 수집종에 대한 판별이 가능하였다. 본 연구에 사용된 4개 SSR 마커는 인삼 원산지에 따른 품종 및 수집종 판별, 종자의 순도 검정, 품종보호와 종자 관리체계 확립을 위한 품종의 구별성 (Distinctness), 균일성 (Uniformity) 및 안정성 (Stability) 검정에 활용될 수 있을 것이다. 향후에도 인삼 품종 육성 시 구별성과 재현성이 높은 SSR 마커 등과 같이 다양한 DNA 마커를 지속적으로 개발하여 육종의 효율을 높이기 위한 기술로 적극 활용하여 과학적인 종자관리 체계를 구축해 나간다면, FTA 등 수입개방화 시대를 맞이하여 중국, 미국 등 인삼 산업경쟁국을 대상으로 국내산 육성 품종에 대한 대내·외 지적재산권을 선점할 수 있고, 유전적으로 균일한 원재료를 생산할 수 있어 이들 국내산 인삼을 원재료로 사용할 우리나라 기업들의 브랜드 가치 차별화에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
인삼은 한 세대가 3~4년으로 우수한 인삼개체를 선발하여 하나의 품종을 만드는데 30~40년이 소요되며, 교배작업 또한 타작물에 비하여 까다로워 교배육종을 통한 품종 개발 시 선발육종에 비하여 더 많은 시간과 노력이 필요한 작물이다. 이렇듯 육종적인 측면에서 인삼이 지니고 있는 단점들을 개선해 나가기 위한 다양한 기초 기반 연구가 필요하다. 그러나, 아직까지 인삼의 유전생리 구명 및 육종기간을 단축시키는 등 육종의 효율을 높이기 위한 연구가 미흡한 실정이다.
향후에도 인삼 품종 육성 시 구별성과 재현성이 높은 SSR 마커 등과 같이 다양한 DNA 마커를 지속적으로 개발하여 육종의 효율을 높이기 위한 기술로 적극 활용하여 과학적인 종자관리 체계를 구축해 나간다면, FTA 등 수입개방화 시대를 맞이하여 중국, 미국 등 인삼 산업경쟁국을 대상으로 국내산 육성 품종에 대한 대내·외 지적재산권을 선점할 수 있고, 유전적으로 균일한 원재료를 생산할 수 있어 이들 국내산 인삼을 원재료로 사용할 우리나라 기업들의 브랜드 가치 차별화에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SSR은 무엇인가?
그 중에서 SSR (Simple Sequence Repeats)은 유전체 전반에 널리 분포하는 2~6개의 단순하게 반복되는 염기서열을 대상으로 DNA 변이를 분석할 수 있는 방법이다. 한편 SSR 마커를 개발하기 위해서 반복염기서열의 클론 확보, 염기서열 분석 및 프라이머 제작 등 초기 개발비용이 많이 소요되는 어려움이 있다.
SSR 마커의 장점은 무엇인가?
한편 SSR 마커를 개발하기 위해서 반복염기서열의 클론 확보, 염기서열 분석 및 프라이머 제작 등 초기 개발비용이 많이 소요되는 어려움이 있다. 그러나 loci마다 많은 alleles를 가지고 있고 Polymorphic Information Content (PIC)가 높아서 유전적 다양성을 분석하는데 이상적인 공우성 마커로 알려져 있다. 이러한 이유로 SSR 마커에 대한 연구는 Harmada et al.
인삼의 육종적인 측면에서의 단점은 무엇인가?
인삼은 한 세대가 3~4년으로 우수한 인삼개체를 선발하여 하나의 품종을 만드는데 30~40년이 소요되며, 교배작업 또한 타작물에 비하여 까다로워 교배육종을 통한 품종 개발 시 선발육종에 비하여 더 많은 시간과 노력이 필요한 작물이다. 이렇듯 육종적인 측면에서 인삼이 지니고 있는 단점들을 개선해 나가기 위한 다양한 기초 기반 연구가 필요하다.
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