본 연구는 15개의 SSR 마커를 이용하여 배 유전자원 115점에 대한 유전적 다양성을 분석하였다. 분석된 마커당 대립유전자수는 3 ~ 41개로 평균 16개였으며, 마커의 이용도는 평균 0.966이었다. $H_{obs}$는 0.140 ~ 0.929로 평균 0.603이었으며 $H_{exp}$는 0.463~0.904로 평균 0.718로 분석되었다. PIC 값은 0.403 ~ 0.897의 범위에 속하였으며 평균값은 0.692 이었다. 배 유전자원의 유전적 거리에 따라 계통간 유연관계를 분석한 결과 지리적 분포와 유전적 특성에 의해 크게 2개의 그룹으로 구분되었다. 첫 번째 그룹은 유럽종 P. communis에 속하는 품종으로 구성되었으며 두 번째 그룹은 동양배 그룹으로 P. pyrifolia, P. ussuriensis, P. bretschneideri, P. betulaefolia, P. calleryana와 교잡종 및 종의 분류가 명확하지 않은 유전자원이 포함되었다. 본 연구는 배 유전자원의 유전자형 분석을 통하여 유전적 다양성을 가지는 품종들을 분류하였으며, 육종을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
본 연구는 15개의 SSR 마커를 이용하여 배 유전자원 115점에 대한 유전적 다양성을 분석하였다. 분석된 마커당 대립유전자수는 3 ~ 41개로 평균 16개였으며, 마커의 이용도는 평균 0.966이었다. $H_{obs}$는 0.140 ~ 0.929로 평균 0.603이었으며 $H_{exp}$는 0.463~0.904로 평균 0.718로 분석되었다. PIC 값은 0.403 ~ 0.897의 범위에 속하였으며 평균값은 0.692 이었다. 배 유전자원의 유전적 거리에 따라 계통간 유연관계를 분석한 결과 지리적 분포와 유전적 특성에 의해 크게 2개의 그룹으로 구분되었다. 첫 번째 그룹은 유럽종 P. communis에 속하는 품종으로 구성되었으며 두 번째 그룹은 동양배 그룹으로 P. pyrifolia, P. ussuriensis, P. bretschneideri, P. betulaefolia, P. calleryana와 교잡종 및 종의 분류가 명확하지 않은 유전자원이 포함되었다. 본 연구는 배 유전자원의 유전자형 분석을 통하여 유전적 다양성을 가지는 품종들을 분류하였으며, 육종을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
This study analyzed the genetic diversity of 115 pear germplasms using 15 SSR markers. Three to forty-one SSR alleles were detected for each locus with an average of 16 alleles per locus. The average availability of markers was 0.966. The average observed heterozygosity ($H_{obs}$) was 0....
This study analyzed the genetic diversity of 115 pear germplasms using 15 SSR markers. Three to forty-one SSR alleles were detected for each locus with an average of 16 alleles per locus. The average availability of markers was 0.966. The average observed heterozygosity ($H_{obs}$) was 0.603 (range: 0.140 to 0.929). The average expected heterozygosity ($H_{exp}$) was 0.718 (range: 0.463 to 0.904). The average polymorphism information content (PIC) was 0.692 (range: 0.403 to 0.897). The genetic relationships of pear germplasms were classified into two major groups by geographic origins and genetic characteristics according to genetic distance. The first group was composed of European pear belonging to Pyrus communis. The second group consisted of P. pyrifolia, P. ussuriensis, P. bretschneideri, P. betulaefolia, P. calleryana, interspecific hybrids, and unclear germplasms. The results of this study suggest that genotype analysis of pear germplasms using SSR markers can identify the genetic diversity of germplasms, and can be used to provide basic information for pear breeding.
This study analyzed the genetic diversity of 115 pear germplasms using 15 SSR markers. Three to forty-one SSR alleles were detected for each locus with an average of 16 alleles per locus. The average availability of markers was 0.966. The average observed heterozygosity ($H_{obs}$) was 0.603 (range: 0.140 to 0.929). The average expected heterozygosity ($H_{exp}$) was 0.718 (range: 0.463 to 0.904). The average polymorphism information content (PIC) was 0.692 (range: 0.403 to 0.897). The genetic relationships of pear germplasms were classified into two major groups by geographic origins and genetic characteristics according to genetic distance. The first group was composed of European pear belonging to Pyrus communis. The second group consisted of P. pyrifolia, P. ussuriensis, P. bretschneideri, P. betulaefolia, P. calleryana, interspecific hybrids, and unclear germplasms. The results of this study suggest that genotype analysis of pear germplasms using SSR markers can identify the genetic diversity of germplasms, and can be used to provide basic information for pear breeding.
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문제 정의
본 연구는 15개의 SSR 마커를 이용하여 배 유전자원 115점에 대한 유전적 다양성을 분석하였다. 분석된 마커당 대립유전자수는 3 ~ 41개로 평균 16개였으며, 마커의 이용도는 평균 0.
본 연구에서는 SSR 마커를 이용하여 국내외에서 수집된 배 유전자원 115점의 유전적 다양성을 분석하여 유전자원을 이용한 육종의 기초 자료로 활용하고자 수행하였다.
제안 방법
PCR 반응은 게놈 DNA 10 ng, 10 pmol의 형광 primer, 1 unit Taq polymerase (Takara, Japan), 200 μM dNTP, 1× PCR buffer를 첨가하여 총 반응액을 20 μL로 조정하였다.
PCR 산물은 1/10로 희석하여 서로 다른 형광 표지를 가지는 시료를 다중(Multiplex)로 혼합하였으며, Hi-Di Formamide (Applied Biosystem, USA)와 size standard 500LIZ 를 첨가한 후 94°C에서 변성시켰다.
PowerMarker V3.0 (Lui and Muse 2005) 프로그램을 이용하여 대립유전자(allele), 유전자형(genotype), 마커의 이용도 (availability), 관측이형접합률(observed heterozygosity, Hobs), 기대이형접합률(expected heterozygosity, Hexp), 다형성정보지수(polymorphism information content, PIC) 값을 계산하였다. PowerMarker V3.
국내외에서 수집된 유전자원 115점에 대해 15개의 SSR 마커를 이용하여 SSR genotyping을 수행하였으며, 품종 간의 유전적 다양성을 분석하였다. 통계분석 결과 대립 유전자 수는 3 ~ 41개였으며, 마커당 평균 16개로 나타났다.
본 연구에 사용한 재료는 농촌진흥청 국립원예특작과학원에서 보존 중인 배 유전자원 115점을 사용하였다(Table 1). 배의 어린 잎을 채취한 후 액체질소를 이용하여 조직을 마쇄하였으며, DNeasy plant mini kit(Qiagen, Germany)를 사용하여 DNA를 분리하였다. 분리된 DNA는 0.
PCR 산물은 1/10로 희석하여 서로 다른 형광 표지를 가지는 시료를 다중(Multiplex)로 혼합하였으며, Hi-Di Formamide (Applied Biosystem, USA)와 size standard 500LIZ 를 첨가한 후 94°C에서 변성시켰다. 변성된 multiplex PCR 산물은 Genetic Analyzer 3730XL (Applied Biosystem, USA) 유전자 분석기를 사용하여 유전자형 분석을 수행하였다. 분석된 data는 GeneMapper® software 4.
분리된 DNA는 0.7% agarose gel에서 전기영동하여 확인하였으며, Nanodrop spectrophotometer (Thermo Scientific, USA)로 정량하고, 10 ng·μL-1의 농도로 희석하여 PCR 분석에 사용하였다.
분석된 data는 GeneMapper® software 4.0 (Applied Biosystem, USA)을 이용하여 대립유전자의 크기를 결정하였다.
선발된 SSR 마커는 5`말단에 FAM, VIC, NED, PET 중 한가지로 형광표지를 하였으며, 다형성을 분석하였다. PCR 반응은 게놈 DNA 10 ng, 10 pmol의 형광 primer, 1 unit Taq polymerase (Takara, Japan), 200 μM dNTP, 1× PCR buffer를 첨가하여 총 반응액을 20 μL로 조정하였다.
대상 데이터
배 유전자원 분류에 효과적인 SSR 마커를 선발하기 위하여 ‘신고’, ‘Bartlett’, P. aromatica, P. dimorphophyll의 genomic DNA와 보고된 CH04d02 등 SSR 마커 200종을 사용하여 (Liebhard et al. 2002; Nishitani et al. 2009; Silfverberg-Dilworth et al. 2006; Yamamoto et al. 2002b) 15종의 다형성을 가지는 마커를 선발하였다(Table 2).
본 연구에 사용한 재료는 농촌진흥청 국립원예특작과학원에서 보존 중인 배 유전자원 115점을 사용하였다(Table 1). 배의 어린 잎을 채취한 후 액체질소를 이용하여 조직을 마쇄하였으며, DNeasy plant mini kit(Qiagen, Germany)를 사용하여 DNA를 분리하였다.
데이터처리
0 (Lui and Muse 2005) 프로그램을 이용하여 대립유전자(allele), 유전자형(genotype), 마커의 이용도 (availability), 관측이형접합률(observed heterozygosity, Hobs), 기대이형접합률(expected heterozygosity, Hexp), 다형성정보지수(polymorphism information content, PIC) 값을 계산하였다. PowerMarker V3.0 프로그램을 통해 각 집단의 유전적 거리는 Unweighted pair-group method with arithmetical average (UPGMA) (Sneath and Sokal 1973) 방법을 이용하여 집괴 분석하여 덴드로그램을 작성하였으며, 이를 바탕으로 유전적 유연관계를 분석하였다.
성능/효과
‘신고’와 ‘풍수’의 교배조합 품종을 부본으로 육성한 ‘아끼아까리(Akiakari)’와 ‘아끼즈끼(Akizuki)’는 0.06의 유전적 거리를 나타내었는데, ‘아끼아까리’는 ‘운정’과 ‘행수’의 교배조합 품종을 모본으로 ‘아끼즈끼’는 ‘행수’를 모본으로 육성한 품종으로서 이러한 교배조합의 유사성에 의해 유전적 유연관계가 높은 것을 보여주었다.
II-1그룹은 9계통의 국내 재래배와 P. ussuriensis에 속하는 ‘만원향(Manyuanxiang)’으로 구성되었으며, 본 그룹에 포함된 재래배는 P. ussuriensis로 추정된다.
II-5그룹은 종의 구분이 명확하지 않았으며, 국내 재래배 ‘중산리(Jungsanri) 4’는 P. bretschneideri와 P. pyrifolia 교잡종 ‘세검(Senken)’과 0.13의 가까운 유전적 거리를 가졌으며, P. pyrifolia에 속하는 ‘길량세기(Kiraseiki)’, ‘행장 (Kouzou)’과 P. bretschneideri에 속하는 ‘래양자리(Laiyangcili)’가 포함되어 있었다.
I그룹은 P. communis에 속하는 ‘Mustafabey’, ‘Bartlett-Max Red’, ‘Beurre Superfin’, ‘Passe Crassane’, ‘Anjou-Dwarf’, ‘BeurreDiel’과 국내 육성품종으로서 P. pyrifolia 와 P. communis의 종간 교배종인 흑성-원교 나(Heuksung-Wonkyo Na) 2 그리고 종이 불명확한 중국에서 도입된 ‘동양리(Dongyangri)’로 구성되었다.
SSR genotyping을 이용하여 배 유전자원 115점의 유전적 유연관계를 분석한 결과, 크게 서양배 그룹과 동양배 그룹으로 구분되었다. 서양배 그룹(I)은 8개의 계통으로 구성되었으며, 동양배 그룹(II)는 105계통의 6개 소그룹(II-1, II-2, II-3, II-4, II-5, II-6)으로 분류되었다.
통계분석 결과 대립 유전자 수는 3 ~ 41개였으며, 마커당 평균 16개로 나타났다. 각각의 SSR 마커에 대한 대립유전자수는 Hi01c11에서 28개로 가장 높은 다형성을 보였으며, TsuENH012는 3개로 가장 낮았다.
교배조합이 불명확한 ‘조생팔달(Wasehattatsu)’은 ‘취성(Suisei)’과 0.15의 유전적 거리를 나타내었는데, ‘취성’의 교배조합인 ‘국수’와 ‘팔운’은 ‘이십세기’를 교배조합으로 육성한 품종이며, 동일한 cluster에 ‘이십세기’ 교배조합 품종을 교배조합으로 육성한 ‘신성(Shinsei)’, ‘칠보(Shichiho)’, ‘추수(Shuusui)’, ‘신일(Shinil)’과 ‘이십세기’의 자연교잡실생 ‘신흥(Shinko)’과 cluster를 형성하였다.
국내 교배육성종인 흑성-원교 나(HeuksungWonkyo Na) 1은 P. pyrifolia에 속하는 ‘선황’과 P. communis 에 속하는 ‘Bartlett’의 종간 교배종으로 ‘수수(Shishuu)’, ‘진수(Shinzu)’와 가까운 유전적 거리를 보여주었다.
bretschneideri로 알려져 있다. 따라서 본 그룹에 포함된 국내 재래배는 북방형 동양배인 P. bretschneider 또는 P. ussuriensis로 추정된다.
2002). 본 연구에서 대부분의 국내 재래배는 P. bretschneideri 또는 P. ussuriensis 그룹으로 분류되어 많은 수의 국내 재래배는 북방형 동양배로부터 유입된 것으로 추정되었다.
본 연구에서도 국내외에서 수집한 유전자원 115점을 대상으로 15개의 SSR 마커를 이용하여 유전자원의 유연관계를 분석한 결과, 지리적 기원에 의해 크게 서양배와 동양배 그룹으로 분류되었으며 혈통에 따라 구분이 이루어지는 것을 확인하였다. 종의 분류가 불명확한 국내 재래배의 경우 대부분 P.
본 연구는 15개의 SSR 마커를 이용하여 배 유전자원 115점에 대한 유전적 다양성을 분석하였다. 분석된 마커당 대립유전자수는 3 ~ 41개로 평균 16개였으며, 마커의 이용도는 평균 0.966이었다. Hobs는 0.
5개의 대립유전자를 확인함으로서 본 결과와 유사한 대립유전자 수를 보여주었다. 유전자형의 수는 6 ~ 59로 평균 31개였으며, 마커의 이용도는 평균 0.966으로 높게 나타났으며, 특히 CH04f03, CH04e05, CH04g07 및 TsuENH017은 이용도가 1.0으로 배 유전자원 115점 모두 관찰되었다. 전체 집단의 관측이형 접합률 Hobs는 0.
0으로 배 유전자원 115점 모두 관찰되었다. 전체 집단의 관측이형 접합률 Hobs는 0.140 ~ 0.929를 가지며, 평균 0.603였으며, 기대이형 접합율 Hexp는 0.463 ~ 0.904으로 평균 0.718로 분석되었다. SSR 마커의 변이에 판별 기준으로 사용하는 다형보정지수인 PIC 값은 0.
종의 분류가 명확하지 않은 ‘공룡 (Gongryong)’, ‘태백(Taihaku)’은 P. pyrifolia에 속하는 ‘안월 (Kuratsuki)’, ‘월후금(Echigonishiki)’, ‘기후(Kihu) 1’과 cluster를 구성하였으며, P. pyrifolia로 추정된다.
본 연구에서도 국내외에서 수집한 유전자원 115점을 대상으로 15개의 SSR 마커를 이용하여 유전자원의 유연관계를 분석한 결과, 지리적 기원에 의해 크게 서양배와 동양배 그룹으로 분류되었으며 혈통에 따라 구분이 이루어지는 것을 확인하였다. 종의 분류가 불명확한 국내 재래배의 경우 대부분 P. bretschneider 또는 P. ussuriensis 그룹으로 분류되는 것을 보여주었는데, 종의 분류가 불명확한 유전자원과 다른 종과의 유전적 유연관계를 분석함으로써 이러한 종의 유전적 특성을 추정할 수 있었다. 하지만 일부 유전자원의 경우 분류가 명확하지 않았는데, 추후 정확한 분류를 위해 마커의 숫자를 늘리고 형태학적 특성을 검정함으로써 보다 정확한 분류가 가능할 것으로 생각되며, 이러한 결과는 유전적 다양성을 가지는 품종을 육성하기 위한 기초자료로 유용하게 활용될 것으로 사료된다.
지리적으로 근접한 장소에서 수집한 ‘홍천내면(Hongcheonnaemyeon) 3’과 ‘홍천 내면 자운(Hongcheonnaemyeonjaun) 3’, ‘평창봉평(Pyeongchangbongpyeong) 1’과 ‘평창봉평(Pyeongchangbongpyeong) 2’은 각각 다른 장소에서 수집한 재래배와 가까운 유전거리를 나타냈는데, ‘홍천내면 3’은 ‘인제북면장수대(Injebukmyeonjangsudae) 1’과 가장 가까웠으며, ‘평창봉평 1’은‘평창봉평 2’와 cluster를 형성하였으나, ‘홍천 내면 자운 3’과 가장 가까운 유전적 거리를 나타내었다.
배 유전자원의 유전적 거리에 따라 계통간 유연관계를 분석한 결과 지리적 분포와 유전적 특성에 의해 크게 2개의 그룹으로 구분되었다. 첫 번째 그룹은 유럽종 P. communis 에 속하는 품종으로 구성되었으며 두 번째 그룹은 동양배 그룹으로 P. pyrifolia, P. ussuriensis, P. bretschneideri, P. betulaefolia, P. calleryana와 교잡종 및 종의 분류가 명확하지 않은 유전자원이 포함되었다. 본 연구는 배 유전자원의 유전자형 분석을 통하여 유전적 다양성을 가지는 품종들을 분류하였으며, 육종을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
국내외에서 수집된 유전자원 115점에 대해 15개의 SSR 마커를 이용하여 SSR genotyping을 수행하였으며, 품종 간의 유전적 다양성을 분석하였다. 통계분석 결과 대립 유전자 수는 3 ~ 41개였으며, 마커당 평균 16개로 나타났다. 각각의 SSR 마커에 대한 대립유전자수는 Hi01c11에서 28개로 가장 높은 다형성을 보였으며, TsuENH012는 3개로 가장 낮았다.
후속연구
calleryana와 교잡종 및 종의 분류가 명확하지 않은 유전자원이 포함되었다. 본 연구는 배 유전자원의 유전자형 분석을 통하여 유전적 다양성을 가지는 품종들을 분류하였으며, 육종을 위한 기초자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
ussuriensis 그룹으로 분류되는 것을 보여주었는데, 종의 분류가 불명확한 유전자원과 다른 종과의 유전적 유연관계를 분석함으로써 이러한 종의 유전적 특성을 추정할 수 있었다. 하지만 일부 유전자원의 경우 분류가 명확하지 않았는데, 추후 정확한 분류를 위해 마커의 숫자를 늘리고 형태학적 특성을 검정함으로써 보다 정확한 분류가 가능할 것으로 생각되며, 이러한 결과는 유전적 다양성을 가지는 품종을 육성하기 위한 기초자료로 유용하게 활용될 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
배는 어떻게 유전적 다양성을 가지게 되었는가?
1996). 배는 자가불화합성으로 오랜 기간 진화를 거쳐 유전적 다양성을 가지게 되었다. 따라서 유전적 다양성을 가지는 배 유전자원을 분류하기 위해 형태학적 특징과 생리학적 특징 및 동질효소 분석이 이용되었으나, 환경 조건에 의한 영향, 종간 차이를 나타내는 형태학적 다양성 부족, 널리 퍼져있는 교잡으로 인해 많은 한계를 가지고 있었다(Yamamoto et al.
배는 어떻게 구분되는가?
배(Pyrus spp.)는 2000년 전부터 재배되어 온 주요 온대 과수로서 남방형 동양배(P. pyrifolia Nakai)와 북방형 동양배 (P. bretschneider Rehd., P. ussuriensis Maxim.) 그리고 유럽과 미국에서 재배되고 있는 서양배(P. communis L.)로 구분된다(Bell 1990). 배는 현재 22종이 분류되었으며, 상업적으로 중요한 일부만이 50개 이상의 나라에서 재배되고 있다(Bell et al.
배의 유전적 다양성으로 인해 발생하는 한계를 극복하기 위해 무엇이 개발되었는가?
2002a). 이러한 한계를 극복하기 위해 DNA를 바탕으로 하는 restriction fragment length polymorphisms (RFLPs), amplified fragment length polymorphisms (AFLPs), random amplified polymorphic DNA (RAPD), simple sequence repeats (SSRs) 등의 분자 마커가 개발되었으며, 유전자원의 유전적 다양성 분석과 품종 구분에 이용되어져 왔다(Powell et al. 1996; Phillips and Vasil 2001).
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