[논문]한국의 상업적 양송이 균주의 유전적 다양성 및 집단 구조

이화용; 안혜진; 오연이; 장갑열; 공원식; 류호진; 정종욱

doi:10.14480/jm.2019.17.4.171

한국의 상업적 양송이 균주의 유전적 다양성 및 집단 구조
Assessment of genetic diversity and population structure of commercial button mushroom (Agaricus bisporus) strains in Korea 원문보기

Journal of mushrooms = 한국버섯학회지, v.17 no.4, 2019년, pp.171 - 178

이화용 (충북대학교 생물학과) , 안혜진 (충북대학교 특용식물학과) , 오연이 (국립원예특작과학원 버섯과) , 장갑열 (국립원예특작과학원 버섯과) , 공원식 (국립원예특작과학원 버섯과) , 류호진 (충북대학교 생물학과) , 정종욱 (충북대학교 특용식물학과)

초록
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본 연구에서는 한국에서 개발한 23개의 양송이 품종과 42개의 도입품종의 유전적 다양성과 집단 구조를 SSR 마커를 이용하여 분석하였다. 양송이 품종의 N_A는 약 13, H_O는 약 0.59, HE는 약 0.74, PIC값은 약 0.71 이었다. 양송이 품종은 군집분석에 의하여 3개의 Group으로 구분되었고 다양한 국가의 품종으로 구성된 Group2의 다양성이 높았으며, 구조분석에 의하여 2개의 subpopulation으로 구분되었고, 품종의 수가 많은 Pop2의 다양성이 높았다. 한국의 양송이 품종들은 주로 Group 3에 분포하고, subpopulation 간 분포에는 큰 차이를 보이지 않았다. 본 연구의 결과는 양송이의 육종소재의 개발, 다양성 확보 등과 같은 품종의 개발과정에 이용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Agaricus bisporus is a functional food and among the most widely cultivated mushrooms in the world. In this study, we analyzed the genetic diversity and population structure of 23 Korean and 42 foreign A. bisporus cultivars using SSR (Simple sequence repeat) markers. Genetic diversity of A. bisporus cultivars was as follows: number of alleles was approximately 13; observed and expected heterozygosity were approximately 0.59 and 0.74, respectively; and polymorphic information content value was about 0.71. A. bisporus cultivars were divided into three groups using distance-based analysis. Genetic diversity of Group 2, which consisted of cultivars from various countries, was high. In addition, model-based subpopulations were divided into two, and the genetic diversity of Pop2 (Population 2), which had many cultivars, was high. The results of this study could be used in a breeding program for A. bisporus, such as the development of new genetic resources and securing diversity.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. List of Agaricus bisporus cultivars
표 Table 2. Primers of 20 SSR markers and genetic diversity for 65 Agaricus bisporus cultivars
그림 Fig. 1. Phylogenetic tree using CSChord1967 and clustering by distance-based for 65 Agaricus bisporus cultivars using 20 SSR markers. (red line, Pop1; green line, Pop2; black line, admixture).
그림 Fig. 2. Clustering by model-based for 65 Agaricus bisporus cultivars using 20 genomic SSR markers A, Log probability of the data (LnP(D)) for each range from 1 to 9, Δk values calculated as method by Evanno et al. (2005) and population structure based on K = 2; B, unrooted tree. (red line, Pop1; green line, Pop2; black line, admixture).
표 Table 3. Genetic diversity statics of Agaricus bisporuscultivars based on groups and subpopulations
표 Table 4. Analysis of molecular variance (AMOVA) by groups and subpopulations of Agaricus bisporus cultivars

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 양송이 품종의 다양성 확보와 육종소재의 개발 등을 위하여 한국에서 개발된 23개 품종과 그리고 42개의 도입 품종을 20개의 SSR 마커를 이용하여 유전적 다양성과 집단구조를 분석하였다.

제안 방법

0 software(Advanced Analytical Technologies, Ankeny, IA, USA)로 확인하였다. 확인된 PCR product의 길이를 바탕으로 유전자형 분석 후, PowerMarker V3.25로 분석된 N_A, 관측 이형접합도(observed heterozygosity; H_O), 기대 이형접합도(expected heterozygosit, H_E) 및 PIC값으로 유전적 다양성을 분석하였다(Liu and Muse, 2005). CSChord1967에 의해 분석된 유전적 상관관계를 기반으로(Cavalli-Sforza and Edwards, 1967) MEGA 7 프로그램(Kumar et al, 2016)을 사용하여 phylogenetic tree를 구축하고 품종의 유연관계 분석을 위한 군집분석을 수행하였다.

대상 데이터

연구에서 사용한 SSR 마커는 Lee 등(2018)과 An 등 (2019)이 개발한 마커 중에서 대립형질의 수(Number of alleles, NA)와 다형성지수(polymorphic information content, PIC) 값을 고려하여 상위 20개를 선발하였다(Table 2). PCR반응액은 총 20 µL로 DNA 2 µL, 5 pmol의 forward 와 reverse primer(Table 2) 각 1 µL, 10 µL의 2X i-Taq Master Mix (Intron biotechnology, Seongnam, Korea) 그리고 6 µL distilled water로 구성하였다.

데이터처리

25로 분석된 N_A, 관측 이형접합도(observed heterozygosity; H_O), 기대 이형접합도(expected heterozygosit, H_E) 및 PIC값으로 유전적 다양성을 분석하였다(Liu and Muse, 2005). CSChord1967에 의해 분석된 유전적 상관관계를 기반으로(Cavalli-Sforza and Edwards, 1967) MEGA 7 프로그램(Kumar et al, 2016)을 사용하여 phylogenetic tree를 구축하고 품종의 유연관계 분석을 위한 군집분석을 수행하였다. 집단의 구조분석은 STRUCTURE 2.
이중 공우성이며 높은 다형성을 가지고 있어 재현성이 높은 SSR 마커는 유전적 다양성과 집단구조 분석에 가장 적합한 것으로 알려져 있어(Du etal, 2012), 벼(Zhang et al, 2011), 기장(Liu et al, 2016), 콩(Wen et al, 2009), 수수(Li et al, 2010), 조(Wang et al, 2012) 등과 같은 식물, 그리고 팽이버섯(Liu et al, 2016), 느타리류(Zhao et al, 2013), 뽕나무버섯류(Prospero et al, 2008) 등의 식용버섯에 이용되었다. 또한, 양송이에서도 야생균주와 품종간의 유전적 다양성 및 집단구조의 비교를 위하여 SSR 마커를 이용하여 분석이 수행되었다 (Rokni et al, 2016; Fu et al, 2016).
품종들의 집단구조는 LnP(D) 분석을 수행하여 확인하였고, 집단의 수(K)는 1에서 9까 지, 계산한 K(집단)값의 점진적 증가로 인하여 결정이 불분명한 경우 K를 결정은 Evanno 등(2005)이 제안한 ΔK를 분 석하였다. 또한, 집단의 구조분석을 통한 subpopulation은 CSChord1967의 방법을 통하여(Cavalli-Sforza and Edwards, 1967) 유전적 거리를 구하고 MEGA 7 프로그램으로 (Kumar et al, 2016) unrooted tree를 구축하여 통합 분석하였다.
유전적 분화(Genetic differentiation, F_ST)를 분석하기 위한 AMOVA 분석은 GenAlEx 6.502을 이용하였다(Peakall and Smouse, 2012).

이론/모형

군집분석은 20개의 SSR 마커를 이용하여 65개의 양송이 품종들에 대한 phylogenetic tree를 CSChord1967의 방법으로 구축하여 수행하였다. 본 연구에서는 20개의 SSR마커를 사용하여 65개의 품종들에 대한 원산지를 구분할 수 없었으나, 3개의 Group으로 구분되었다.
4의 admixture mode(burn-in 100,000, run length 200,000)로 3회 반복 수행하여 model-based subpopulation을 구분하였다(Pritchard et al, 2000). 품종들의 집단구조는 LnP(D) 분석을 수행하여 확인하였고, 집단의 수(K)는 1에서 9까 지, 계산한 K(집단)값의 점진적 증가로 인하여 결정이 불분명한 경우 K를 결정은 Evanno 등(2005)이 제안한 ΔK를 분 석하였다. 또한, 집단의 구조분석을 통한 subpopulation은 CSChord1967의 방법을 통하여(Cavalli-Sforza and Edwards, 1967) 유전적 거리를 구하고 MEGA 7 프로그램으로 (Kumar et al, 2016) unrooted tree를 구축하여 통합 분석하였다.

성능/효과

20개의 SSR 마커를 이용하여 65개 양송이 품종의 유전적 다양성을 분석한 결과, N_A는 평균 13, 범위는 2(ABgSSR-1058)에서 40(AB-gSSR-1184), H_O는 0.00(ABgSSR-1058)~0.97(AB-gSSR-0713) 범위에서 평균 0.59, 그리고 H_E는 0.28(AB-gSSR-1058)~0.90(AB-gSSR-1184)의 범위에서 평균 0.74, PIC값은 평균 0.71, 범위는 0.24(AB-gSSR-1058)~0.89(AB-gSSR-1184) 이었다(Table 2). Fu 등(2016)이 17개의 SSRs를 이용하여 6개의 미국 품종, 4개의 중국 품종, 2개의 네덜란드 품종, 영국, 독일, 스페인의 각 1 품종, 그리고 중국에서 채집한 13개 야생균주를 포함한 28개 양송이 균주를 분석한 보고에 따르면, NA는 5, H_O는 0.
양송이 품종의 군집분석과 집단 구조분석 결과, 양송이 품종들은 원산지별로 구분되지 않아, 군집분석의 Group 에서 중국을 제외한 국가들의 품종이 2개 이상의 Group 에 포함되어 있었으며, 집단의 구조 분석에서도 중국과 프랑스를 제외한 국가들에서 양송이 품종이 2개의 subpopulation에 분포하였다. 따라서, 양송이 품종들은 국가별 다양성이 존재하는 것으로 추정된다.

후속연구

61이었다. 결과적으로 본 연구에 서는 다른 연구 보다 많은 균주를 분석하여 높은 SSR 마커 다양성을 확인하였으며, 따라서 본 연구에 사용된 SSR 마커는 기존의 연구에서 사용된 SSR 마커에 비하여 품종의 구분 및 다양성 분석 등에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
또한, 1991년 UPOV 협약이 수립되었고, 2010년 나고야의정서가 채택되어 (Park et al, 2016) 품종의 다양성 평가, 자원 구분이 중요해지고 있다. 결과적으로 양송이 품종의 유전적 다양 성과 집단의 구조를 확인한 본 연구는 차후 양송이 품종 개발을 위한 육종소재 개발, 양송이 품종의 다양성 확보등에 이용될 수 있을 것이다.
그리고 집단의 구조분석에 의한 Pop1에는 한국의 23품종 중 12품종과 중국의 3품종 중 2품종이 포함되어 있었고, 프랑스의 9개 품종 중 7개 품종, 미국의 17개 품종 중 11개 품종이 Pop2에 포함되어 있었다. 따라서 한국과 중국, 그리고 프랑스와 미국의 품종들이 유전적으로 가까운 것을 추정할 수 있었으나, 중국의 품종이 적어 차후 추가분석이 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양송이의 담자포자에 관한 특징은?	양송이는 일반적으로 2극성의 교배양식을 가지고 있으며(Raper et al, 1972), 담자포자를 형성하는데, 95%는 2개의 담자포자를 형성하며, 이 중 63%는 이질핵체인 담자포자를 2개 가지고, 32%는 동질핵체인 담자포자를 2개 가진다. 나머지 5% 중에서 4.
	양송이의 특징은?	양송이는 전세계 버섯 생산량의 15%를 차지하고 있으며 (Royse et al, 2017), polyphenols, ergothioneine, vitamins, minerals, polysaccharides의 함유량이 높아 기능성 식품으로 이용되고 있다(Dubost et al, 2007; Tian et al, 2012). 양송이는 17 세기 초 프랑스에서 처음 재배가 시작되었고 (Sonnenberg et al, 2011), 현재 중국에서 전세계 생산량의 54%를 생산하며, 미국, 폴란드, 네덜란드, 인도가 그 뒤를 잇고 있다(Royse et al, 2017).
	품종개발시 육종의 목표를 설정하는데 정확한 정보가 중요한 이유는?	품종의 개발에서 인간이 목표로 하는 형질을 쉽게 선발하기 위하여 기존에 일반적으로 재배되고 있는 품종을 생산한 우수 계통을 이용하기도 한다(Ramanatha Rao and Hodgkin, 2002; Hamrick and Godt, 1989). 이미 개발된 품종을 이용하여 새로운 품종을 개발할 때, 육종 모본의 유연관계가 좁아질 수 있기 때문에, 품종들 간의 유전적 다양성 및 유연관계에 대한 정확한 정보는 육종의 목표를 설정하는데 중요하게 사용될 수 있다 (Choudhary et al, 2013). Restriction fragment length polymorphism(RFLP), random amplified polymorphic DNA(RAPD), amplified fragment length polymorphism (AFLP), inter-simple sequence repeats (ISSRs), sequence characterized regions(SCARs), sequence tag sites(STSs), cleaved amplified polymorphic sequences(CAPS), microsatellites or simple sequence repeats (SSRs), and single nucleotide polymorphisms(SNPs) 등과 같은 분자 유전학적 분석으로 개발된 DNA 마커가 유전적 다양성 및 집단구조와 같은 유연관계 분석에 널리 사용되어왔다(Zhang et al, 2012).

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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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