[논문]ISSR 표지를 이용한 국내 재배 대추나무의 유전특성 분석

남재익; 이욱; 김세현

doi:10.14578/jkfs.2018.107.4.378

[국내논문] ISSR 표지를 이용한 국내 재배 대추나무의 유전특성 분석
Analysis of Genetic Characteristic of Jujube (Ziziphus jujuba Mill.) Cultivated in Korea Revealed by ISSR Markers 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.107 no.4, 2018년, pp.378 - 384

남재익 (국립산림과학원 산림소득자원연구과) , 이욱 (국립산림과학원 산림소득자원연구과) , 김세현 (국립산림과학원 산림소득자원연구과)

초록
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대추나무는 갈매나무과에 속하며 과실에 높은 영양가를 지니고 있어 전통 한의학에서 널리 사용되고 있는 경제적으로 중요한 종이다. 국내에서 재배되고 있는 대추나무들의 품종실태를 파악함으로서 우량개체 선발과 육종계획 수립에 유용한 유전정보를 얻고자 보은, 경산 등 대추 주산지 6곳에서 수집된 대추나무 270개체를 대상으로 ISSR 표지 분석을 수행하였다. 그 결과 유전적 다양성을 보여주는 S.I.값은 0.107, 유전적 유사도는 0.935로 높게 나타나 연구에 사용된 대추나무들이 특정 품종 또는 개체에 편중되어 있었다. 또한 270개체 중 67%인 180개체가 '복조'와 동일한 유전자형을 나타내는 것으로 관찰되었다. 본 연구를 통해 국내 재배 대추나무 개체들의 유전적 다양성이 매우 낮은 것으로 파악되었다. 이에 외부 교란에 취약할 가능성이 큰 것으로 예상되며, 시장에 판매되고 있는 대부분의 대추가 단위결실을 통해 생산되는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Chinese jujube (Ziziphus jujuba Mill.), a member of family Rhamnaceae, is an economically important species. It has high nutritional value in fruits, and its medicinal properties have led to extensive use in traditional oriental medicine. In this study, we investigated the genetic characteristics of 270 jujube germplasms collected from the six major jujube fruit production areas in Korea including Boeun and Gyeongsan, in order to understand the current situation on cultivated varieties of domestic jujube and to obtain useful data for selection of superior germplasms and establishing their breeding plans. The results of ISSR marker analysis revealed that the Shannon's information index of the 270 germplasms was 0.107 and the genetic similarity was as high as 0.935 showing the dominance of a specific cultivar or germplasm, and almost 67% (180) of them were identified at the same genotype with 'Bokjo'. The domestic commercial jujube populations could be characterized by very low genetic diversity and thus may be vulnerable to external disturbances. In addition, it seems that most of the jujube fruits in domestic market were largely produced through parthenocarpy.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. Map showing the major jujube producing cities in Korea where jujube samples were collected. Cities are marked with a red circle and numbered from 1 to 6.
표 Table 1. Sample location and sample size of jujube germplasm examined in the ISSR analysis. Six jujube sample collecting locations are the major jujube producing cities in Korea.
표 Table 2. ISSR primers used in this study and summary of ISSR markers from 270 cultivated jujube samples.
그림 Figure 2. Dendrogram generated by UPGMA cluster analysis from thirty one jujube genotypes and six jujube cultivars. Genotype D and W were identified as the major cultivated cultivar ‘Bokjo’ and local cultivar ‘Boeundaechu’. The numbers in parenthesis indicate how many individuals are in each genotype.
표 Table 3. Identified genotypes, their number and ‘Bokjo’ cultivar frequency in the six jujube sample collecting locations.
표 Table 4. Summary of genetic variation statistics for all loci in 270 cultivated jujube samples.

AI 본문요약
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문제 정의

또한 국내에서 육성된 품종 들은 재래종인 ‘복조’와 유사한 유전자형을 보여 유전자 풀이 작을 것으로 추정되었다(Nam, 2016). 이에 국내에 자생지가 없고 종자번식이 어려운 대추나무 유전자원 수집에 많은 어려움이 따를 것으로 예상되므로 본 연구를 통하여 우량개체 선발과 육종계획 수립에 도움을 줄 수 있는 유전정보를 제공하고자 한다.

제안 방법

PCR 반응액 20μl당 10ng template DNA, 0.4 μM primer, 1.5 mM MgCl2, 250 μM dNTP Mix, 10 mM Tris-HCl (pH 9.0), 1 U Tag DNA polymerase, 30 mM KCl이 포함 되도록 조성하였다.
PCR 증폭산물을 비교하여 270개체에서 나타나는 유전자형들을 파악하였고 국내⋅외 품종들과의 유연관계를 분석하였다.
PCR은 94℃에서 5분간 전처리 후 94℃ 에서 30초, primer에 따라서 50℃∼56℃에서 30초, 72℃에서 60초 과정을 40회 반복한 후 72℃에서 10분간 최종 증폭 하였으며, 증폭 산물은 0.5 μM/μl의 Etidium Bromide가 포함된 2% agarose gel에 분주한 후 1×TAE Buffer에서 50V로 4시간 전기영동하여 InGenius3 (SYNGENE, USA)에서 다형성 여부를 확인하였다.
각각의 시료는 GENE ALL plant SV DNA purification Kit (Gene all, Korea)를 이용하여 DNA를 추출 한 후, 최종 농도가 5 ng/μl가 되도록 희석하여 PCR 반응에 이용 하였다.
그러나 이외 29개 유전자형은 특정한 품종과 일치하지 않는 것으로 나타났다. 관찰된 유전자형과 대조품종들의 유연관계를 분석하였다. 그 결과 아웃그룹인 산조가 먼저 분리되었고, 다음으로 ‘대리조’와 ‘대과조’가 독립적인 군집을 이루었으며, 이외 품종과 유전자형들은 ‘판조’와 유전자형 A, B를 제외하고 3개의 군집으로 나누어졌다.
PCR 증폭산물을 비교하여 270개체에서 나타나는 유전자형들을 파악하였고 국내⋅외 품종들과의 유연관계를 분석하였다. 또한 얻어진 정보는 GenAlEx ver. 6.5 program 과 POPGENE ver. 3.2 program을 사용하여 다형성 유전자좌의 비율(P), 대립유전자 수(N_a), 유효대립유전자 수 (N_e), 이형접합도 기대치(H_e), Shannon의 유전다양성지수 (I), 유전적 유사도(Genetic similarity) 등을 산출하였다 (Nei, 1973; Yeh et al., 1999; Peakall and Smouse, 2012).
각각의 시료는 GENE ALL plant SV DNA purification Kit (Gene all, Korea)를 이용하여 DNA를 추출 한 후, 최종 농도가 5 ng/μl가 되도록 희석하여 PCR 반응에 이용 하였다. 표지 분석은 UBC SSR primer set #9 (University of British Columbia Nucleic Acid-Protein Service Unit, Canada) 중 3회 이상의 반복 실험을 통하여 다형성을 보이고 재현성이 우수한 primer들을 사용하였다(Table 2).

대상 데이터

국내 재배 대추나무들의 유전특성 파악을 위한 공시재 료는 대추 주산지인 보은(금굴리, 상궁리, 신궁리, 후평리), 경산(금구리, 신월리, 일언리), 군위(의흥리), 청도(남양리), 청송(하평리), 밀양(봉도리) 등 6개 시⋅군 11개 농가에서 270개체를 수집하였다(Table 1, Figure 1).
수집된 개체들과 국내⋅외 품종들과의 유연관계 비교를 위하여 국립산림과학원 산림생명자원연구부에 식재되어 있는 ‘복조’, ‘보은대추’, ‘대리조’, ‘대과조’, ‘판조’ 등 대추나무 5 품종과 대추나무의 원종 야생형인 산조(Z. spinosa) 1개체를 포함하여 총 276개체 및 품종들을 대상으로 분석을 수행하였다.

성능/효과

그 결과 아웃그룹인 산조가 먼저 분리되었고, 다음으로 ‘대리조’와 ‘대과조’가 독립적인 군집을 이루었으며, 이외 품종과 유전자형들은 ‘판조’와 유전자형 A, B를 제외하고 3개의 군집으로 나누어졌다.
주요 생산지에서 재배중인 대추나무 270개체의 유전구 조를 분석한 결과 총 81개의 증폭산물을 얻었으며, 다형성 증폭산물은 35개로 전체의 43%에 해당하였다(Table 2). 다형성 표지를 이용하여 270개체의 유전자형을 비교한 결과 31개의 유전자형이 나타났으며, 180개체(67%)가 클론으로 추정되었고, 나머지 90개체에서 30개 유전자형이 관찰되었다. 지역별로는 6개 시⋅군 모두에서 유전자형 D가 가장 많았고, 그 밖의 유전자형들은 다양하게 산재하는 것으로 나타났다(Table 3).
수집개체들의 유전특성을 분석 한 결과 대립유전자 수 (N_a)는 1.42, 유효대립유전자 수(N_e)는 1.085, Shanon의 유전다양성지수(I)는 0.107, 이형접합도 기대치(H_e)는 0.062로 낮았으며, 유전적 유사도는 0.935로 높게 나타났다 (Table 4). Li et al.
유전자형들을 대조품종들과 비교한 결과 높은 비율을 차지하는 유전자형 D는 ‘복조’와 4개체에서 관찰된 유전자형 W는 ‘보은대추’와 일치하였다.
주요 생산지에서 재배중인 대추나무 270개체의 유전구 조를 분석한 결과 총 81개의 증폭산물을 얻었으며, 다형성 증폭산물은 35개로 전체의 43%에 해당하였다(Table 2). 다형성 표지를 이용하여 270개체의 유전자형을 비교한 결과 31개의 유전자형이 나타났으며, 180개체(67%)가 클론으로 추정되었고, 나머지 90개체에서 30개 유전자형이 관찰되었다.
지역별로는 6개 시⋅군 모두에서 유전자형 D가 가장 많았고, 그 밖의 유전자형들은 다양하게 산재하는 것으로 나타났다(Table 3).

후속연구

이에 외부교란에 대비하고 양질의 과실을 얻기 위하여 품종 다양화, 화분수 식재 등이 필요하며, 이를 위하여 ‘보은대추’와 같은 지역종과 노거수들에 대한 세밀한 조사는 물론, 국외 유전자원에 관한 연구가 함께 수반되어야 할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대추의 효과는?	대추는 면역력 증가, 간 기능 회복, 항암, 항산화작용 등에 효과를 인정받아 오래전부터 이용되어 왔으며(Huang et al., 2007; Plastina et al.
	거래에 있어 대추가 가지는 장점은?	, 2015) 비타민 A, B1, B2, C, P가 많이 함유되어 있어 다이어트 식품으로도 각광을 받고 있다(Troyan and Kruglyakov, 1972). 또한 건조과정을 통하여 저장성과 유통성을 비약적으로 증가 시킬 수 있기에 국가 간 거래가 용이하다는 장점이 있다.
	대추나무란?	대추나무는 갈매나무과에 속하며 과실에 높은 영양가를 지니고 있어 전통 한의학에서 널리 사용되고 있는 경제적으로 중요한 종이다. 국내에서 재배되고 있는 대추나무들의 품종실태를 파악함으로서 우량개체 선발과 육종계획 수립에 유용한 유전정보를 얻고자 보은, 경산 등 대추 주산지 6곳에서 수집된 대추나무 270개체를 대상으로 ISSR 표지 분석을 수행하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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