[논문]엽록체 DNA (trnL-trnF, rps16-trnK) 염기서열에 의한 국내 민들레속 유전자원의 유전적 변이와 유연관계 분석

류재혁; 유재일; 배창휴

doi:10.7732/kjpr.2017.30.5.522

엽록체 DNA (trnL-trnF, rps16-trnK) 염기서열에 의한 국내 민들레속 유전자원의 유전적 변이와 유연관계 분석
Genetic Variation and Phylogenetic Relationship of Taraxacum Based on Chloroplast DNA (trnL-trnF and rps16-trnK) Sequences 원문보기

韓國資源植物學會誌 = Korean journal of plant resources, v.30 no.5, 2017년, pp.522 - 534

류재혁 (한국원자력연구원 정읍첨단방사선연구소 방사선육종연구실) , 유재일 (기초과학연구원 식물노화수명연구단) , 배창휴 (순천대학교 대학원 식물생산과학부)

초록
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다양한 환경에서 수집한 국내 민들레속 유전자원 수집종의 엽록체 DNA 영역(trnL-trnF와 rps16-trnK) 염기서열을 이용하여 종내 간 변이 및 배수성을 구명하여 유전자원 육성의 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 민들레속 유전자원의 배수성은 털민들레, 서양민들레, 붉은씨서양민들레가 3배체이고, 흰민들레와 흰노랑민들레는 4배체였다. 염기서열의 길이는 trnLtrnF 영역에서 자생종류인 털민들레, 흰민들레, 흰노랑민들레가 931 bp에서 935 bp, 서양민들레는 910 bp, 붉은씨서양민들레는 975 bp로 종간 차이를 나타내었고, 종 특이적 염기서열 88개, 자생종 및 귀화종 특이적 염기서열 41개가 검출되었다. rps16-trnK 영역은 털민들레 882~883 bp, 흰민들레 875~881 bp, 흰노랑민들레는 878~883 bp 서양민들레 874~876 bp, 붉은씨서양민들레는 847~848 bp로 37개 종특이적 염기서열이 검출되었다. 염기서열의 유사도는 trnL-trnF 영역에서 0.860~1.000 사이로 평균 0.949이며, rps16-trnK 영역의 유사도는 0.919~1.000 사이로 평균 0.967이었다. 염기서열을 바탕으로 유연관계를 분석한 결과, trnL-trnF 영역은 크게 자생종류와 귀화종류로 구분되었으며, 서양민들레와 붉은씨서양민들레는 같은 종간에 유집되었고, 자생종류는 분리되지 않았으며, rps16-trnK 4개 그룹과 유집되지 않은 5개체로 나뉘었다. 흰노랑민들레는 두 영역 모두 흰민들레와 동일 계통군을 형성하였고, 염기서열상 두 종간 뚜렷한 차이가 없었다. 유연관계에서 모두독립적으로 존재한 흰민들레 No. 10 (조계산)과 털민들레 1번(광양)은 민들레 유전자원 육성소재로 활용이 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was investigated genetic variation in 24 Taraxacum accessions from various regions in South Korea based on the sequences of two chloroplast DNA (cpDNA) regions (trnL-trnF and rps16-trnK). T. mongolicum, T. officinale, and T. laevigatum were triploid, and T. coreanum and T. coreanum var. flavescens were tetraploid. The trnL-trnF region in native Korean dandelions (T. mongolicum, T. coreanum, and T. coreanum var. flavescens) were ranged from 931 to 935 bp in length, and that of naturalized dandelions were ranged from 910 bp (T. officinale) to 975 bp (T. laevigatum) in length. The rps16-trnK region in T. mongolicum, T. coreanum, T. coreanum var. flavescens, T. officinale, and T. laevigatum was 882-883 bp, 875-881 bp, 878-883 bp, 874-876 bp, and 847-876 bp, respectively, in length. The sequence similarity matrix of the trnL-trnF region ranged from 0.860 to 1.00 with an average of 0.949, and that of the rps16-trnK region ranged from 0.919 to 1.000 with an average of 0.967. According to the phylogenetic analysis, the Korean native taxa and naturalized taxa were divided independent clade in two cpDNA region. T. coreanum var. flavescens clustered only with T. coreanum, and there were no significant differences in their nucleotide sequences. The finding that two accessions (T. coreanum; Jogesan, T. mongolicum; Gangyang) had a high level of genetic variation suggests their utility for breeding materials.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 trnL-trnF와 rps16-trnK 영역의 유전자 염기서열을 이용하여 다양한 환경에서 수집한 국내 민들레 속 식물들의 종내·간 변이와 분자계통분류학적 분류체계 및 유전자원 육성에 기초자료로 제공하고자 수행하였다.

제안 방법

, 1991)한 범용 프라이머(Foreword: CGAAATCGGTAGACGCTACG, Reverse: ATTTGAACTGGTGACACGAG)로 증폭시켰다. rps16-trnK 영역은 Neuhaus and Link (1987)가고안한 프라이머 Foreword:AAAGGKGCTCARCCTACARGAA, Reverse: TACTCTACCRTTGAGTTAGCAAC로 이용하여 증폭시켰다.
trnL (UAA) 5’ exon-trnF (GAA) 영역은 담배 식물체에서 고안(Taberlet et al., 1991)한 범용 프라이머(Foreword: CGAAATCGGTAGACGCTACG, Reverse: ATTTGAACTGGTGACACGAG)로 증폭시켰다. rps16-trnK 영역은 Neuhaus and Link (1987)가고안한 프라이머 Foreword:AAAGGKGCTCARCCTACARGAA, Reverse: TACTCTACCRTTGAGTTAGCAAC로 이용하여 증폭시켰다.

대상 데이터

본 연구의 재료는 외부 형태 및 ISSR marker를 이용한 유연관계 분석(Ryu, 2012)에서 선발한 국내 자생종 민들레 16개체(T. mongolicum 7개체, T. coreanum 6개체, T. coreanum_flavescens 3개체)와 귀화종 민들레 8 개체(T. officinale 6개체,T. laevigatum 2개체)를 포함한 총 24개체를 공시하였다(Table1, Fig. 1). 수집 지역은 노지(광양, 울산, 남원, 금산, 충주, 나주, 청원, 천안, 정선, 장수, 순천) 13개체(털민들레 1개체, 흰민들레 5개체, 흰노랑민들레 3개체, 서양민들레 3개체, 붉은씨서양민들레 1개체), 순천 조계산(해발 250m 이상)에서 수집한 흰민들레와 서양민들레 3개체, 해안(대천해수욕장)에서 수집한 서양민들레 1개체, 여수 도서 지역(돌산도, 대경도, 소경도, 송도, 개도, 금오도)에서 수집한 털민들레 6개체와 서양민들레 1개체로 순천대학교 포장에서 관수와 제초만으로 재배, 관리하여 DNA 추출에 이용하였다.
1). 수집 지역은 노지(광양, 울산, 남원, 금산, 충주, 나주, 청원, 천안, 정선, 장수, 순천) 13개체(털민들레 1개체, 흰민들레 5개체, 흰노랑민들레 3개체, 서양민들레 3개체, 붉은씨서양민들레 1개체), 순천 조계산(해발 250m 이상)에서 수집한 흰민들레와 서양민들레 3개체, 해안(대천해수욕장)에서 수집한 서양민들레 1개체, 여수 도서 지역(돌산도, 대경도, 소경도, 송도, 개도, 금오도)에서 수집한 털민들레 6개체와 서양민들레 1개체로 순천대학교 포장에서 관수와 제초만으로 재배, 관리하여 DNA 추출에 이용하였다.

이론/모형

DNA는 CTAB 방법(Fang et al., 1992)에 따라 추출하여 agarose gel (0.8%)에서 전기 영동 하여 밴드를 확인하고, Nanodrop Spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific, Netherlands)를 이용하여 DNA 농도를 측정하였다.
민들레속의 서열에서 결손 부위를 포함한 서열 배당은 BioEditSequence Alignment Editor 프로그램으로 하였고, 개체 간 염기서열 유사도는 ClustalW Multiple Alignment (Thompson,1994)를 이용하여 산출하였다.
배수성 측정은 Martonfiova et al. (2007)의 방법에 따라 Flowcytometer (Partec PA-2, Germany)를 이용하여 측정하였다. 식물체 잎 부분을 1㎝ 정도 길이로 채취하여 잎 조직을 0.

성능/효과

민들레 속 유전자원의 배수성을 분석한 결과(Table 1, Fig.2), 화색이 노랑색인 털민들레와 서양민들레, 붉은씨서양민들레가 3배체, 흰민들레와 흰노랑민들레는 4배체로 확인되었다. 이는 민들레, 서양민들레와 붉은씨서양민들레 3배체, 흰민들레 4배체로 보고된 결과(Richards, 1973; Morita, 1976; Ryu, 2012)와 일치하였다.
10(조계산)과 털민들레 1번(광양)이 다른 개체와 유집되지 않고 독립적으로 존재하였다. 유연관계 분석결과를 종합하면 두 영역 모두 자생종과 귀화종간 뚜렷하게 분리되었으며, rps16-trnK 영역에서 자생종(흰민들레․흰노랑민들레와 털민들레) 간에는 분리되어 유집되었다. 반대로 귀화종간에는 trnL-trnF 영역에서 서양민들레와 붉은씨서양민들레가 분리되었다.
(2002)은 일본의 자생종 2배체 민들레 16개체와 귀화종 6개체의 trnT (UGU)-trnF (GAA) 영역을 분석하여 총 80개의 염기서열을 검출하였고, 이 가운데 trnL (UAA)-trnF (GAA) 영역은 일본 2배체 민들레에서 76개 염기가 염기서열 결손을 나타내어 본 연구와 유사하였다. 이러한 결과를 바탕으로 trnLtrnF 영역의 특이적 염기서열 및 염기의 길이를 적용하여 토종 및 귀화종 민들레의 원료 감별이 가능할 것으로 판단된다.

후속연구

또한, 본 연구에서 여수 일대 섬 지역에서 수집한 유전자원 중 2배체 개체는 없었으며, 한반도에 서식하는 민들레 유전자원 중 2배 수성은 제주도 특산식물인 좀민들레가 유일하다는 연구(Morita, 1976)와 일치하였다. 그러나 섬나라인 일본의 경우 전체 민들레 속 유전자원 중 51%가 2배수성으로 형태학적 형질로는 국내 자생종과 구분이 어렵다는 연구 결과(Morita, 1976)를 고려하면 다양한 국내 도서 지역의 유전자원을 대상으로 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.
흰민들레와 흰노랑민들레는 두 영역의 분석 모두 동일분류군으로 유집되어 Nakai (1952) 및 Lee (1993)의 분류와 일치하였다. 엽록체 DNA 2개 영역의 유연관계에서 모두 타 개체와 유집되지 않은 흰민들레 No. 10과 털민들레 1번은 추후 기능성 성분분석 등을 통해 민들레 유전자원 교배 육종 소재로 활용이 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	민들레란 무엇인가?	민들레는 국화과(Compositae)에 속하는 다년생 초본 식물로 전초, 뿌리, 잎과 꽃 등 전체 부위를 약용 및 식용으로 사용할 수 있는 약용자원이다(Yun and Kim, 2010; Ryu, 2012). 한방에서는 민들레(T.
	붉은씨서양민들레의 종특이적인 염기서열은 어떠한가?	서양민들레의 종특이적인 염기서열 중 300에서 311번 사이에 서양민들레 종특이적인 염기서열 11개(GTAGACATAAT)를 연속하여 보유하였고, 이외 2개(285번; 티민, 684번 구아닌)의종특이적 염기가 검출되었다. 붉은씨서양민들레는 955번에서 1032번 사이에 77개 염기(CTGGCTCCTTCAGGAATTAGTTGGGATAGCTCAGTTTGGTAGAGCAGAGGACTGAAAATCCTCGTGTCACCTGTTCAAAT)를 보유하였고, 이외에 12개(시토신: 893번, 894번, 910번, 927번, 티민: 906번, 934번, 946번, 구아닌:919번, 921번, 950번, 결손: 911번, 939번)의 염기를 특이적으로 보유하였다. trnL-trnF 영역의 털민들레, 흰민들레, 흰노랑민들레와 서양민들레, 붉은 씨 서양민들레 간 차이를 나타낸 염기서열은 41개가 검출되었다.
	엽록체 DNA의 특징은 무엇인가?	엽록체 DNA (chloroplast DNA)는 유전자의 배열, 구조 및 크기 등에 있어서 매우 보존적이며, 세포내에 많은 수가 존재하고 핵에 비하여 상대적으로 크기가 작아 실험이 용이하고, 여러 식물에서 엽록체 DNA의 전체 염기서열이 분석되어 비교연구가 가능하므로 엽록체 DNA의 염기서열 분석은 식물 계통 분류에 매우 유용하다(Boo and Park, 2016; Kim et al., 2016a).

참고문헌 (27)

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