초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
- 제1세부과제: 박과작물의 한국형 표준유전체 정보 해독
대상으로 하는 재래종 참외 (곶감참외)의 유전체 정보를 Illumina HiDeq2000을 활용하여89 Gb (250X)의 paired end 및 mate pair sequence reads를 생산하고, 생산된 정보는 de novo assembly를 통해 4,825개의 scaffold (N50=249 Kb)로 구성할 수 있었다. 이는 전체게놈 사이즈 (450 Mb)의 74.8%를 커버하는 335.6 Mb로 나타났다. 협동과제를 통해 확보된 참외의

Ⅳ. 연구개발결과
- 제1세부과제: 박과작물의 한국형 표준유전체 정보 해독
대상으로 하는 재래종 참외 (곶감참외)의 유전체 정보를 Illumina HiDeq2000을 활용하여89 Gb (250X)의 paired end 및 mate pair sequence reads를 생산하고, 생산된 정보는 de novo assembly를 통해 4,825개의 scaffold (N50=249 Kb)로 구성할 수 있었다. 이는 전체게놈 사이즈 (450 Mb)의 74.8%를 커버하는 335.6 Mb로 나타났다. 협동과제를 통해 확보된 참외의 유전자지도를 활용하여 각 염색체 별로 각 scffold를 위치시킬 수 있었다(chromosome ordering). 곶감 참외의 draft genome에는 27,167개의 유전자가 포함되어 있었으며, 이중 80%의 유전자는 알려진 단백질 코딩 유전자 및 메론의 unigene과 상동성을갖는 것으로 확인되었다. rRNA, miRNA, tRNA 및 snRNA를 포함하는 1,885개의non-coding RNA가 확인되었으며, transposable element는 전체 assembly의 21% (71.6Mb)를 차지하고 있었다. 유전체 정보의 해독을 통해 다양한 분자마커 후보 (SSR, INDEL,SNP)를 발굴하였다. 또한 곶감 참외의 유전체를 메론, 수박, 오이 등의 유전체와 비교하여특정 염색체 부위가 박과작물에서 보존되어 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 확보된 곶감참외의 유전체 정보는 참외뿐만 아니라 다른 박과작물의 유전체 연구 및 육종에 활용될 수 있을 것이다.
- 제2세부과제: 참외의 발현체와 조절체 정보 분석 및 통합 DB 구축
곶감참외와 SW3의 다양한 조직 (암꽃, 수꽃, 잎, 뿌리 및 과일)을 대상으로 Illumina HiSeq2000을 이용한 NGS 방법으로 발현유전체 정보를 생산하였으며, transcript de novo assembly를 통해 곶감참외에서는 64,998개의 발현 유전자, SW3 참외에서는 100,234개의발현 유전자를 확인할 수 있었다. 또한 두 계통의 발현 유전자 비교를 통해 7,871개의SNP 및 8,502개의 SSR 후보를 확보할 수 있었으며, 234개의 SNP 및 25개의 SSR의 경우두 계통에서 다형성을 나타내는 것으로 확인되었고 유전자 지도의 작성에 활용되었다. 10종의 재래종 참외 (열골, 은천, 안종, 강서, 조선, 먹, 노랑, 간치, 개구리, 야생종)를 대상으로 유전체 재분석을 진행하여 메론과의 비교를 통해 SNP를 추출하고, 추출된 SNP가 각재래종에서 서로 다르게 나타나는 block를 검출할 수 있었다. 또한 메론, 오이, 수박 및 본과제에서 대상으로 한 참외의 유전체 정보를 포함하는 박과 작물 유전체 통합 DB를 구축하였으며 (http://112.220.192.2/cucurbit/), 이 통합 DB에는 각 작물의 유전자 정보를 포함하며 상동성 분석이 가능한 염색체별 비교 및 분자마커의 위치를 제공할 수 있도록 하였다.
- 제1협동과제: 참외의 RIL 집단 구축 및 표준 유전자 지도 작성
참외를 비롯한 박과작물의 품종 개발에서 병저항성, fruit setting 및 과일을 품질은 중요육종 형질로 여겨지고 있으며, 이를 효율적으로 개발하기 위해서는 형질과 관련된 분자마커를 개발하고 활용할 필요가 있다. 분자마커를 활용성을 높이기 위해서는 많은 수의 분자마커가 포함된 유전자 지도가 필수적을 필요하다. 메론의 경우 몇 개의 유전자 지도가 작성되어 활용되고 있으나, 참외의 경우 유전자 지도가 작성되어 있지 않은 상황이어서 본과제에서는 참외의 유전자 지도를 작성하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 위해 육종계통으로 활용되는 SW3와 재래종 참외(곶감참외)의 교배를 통해 190 종류의 RIL(recombinant inbred line)를 작성하고 354개의 분자마커 (SSR 및 CAPS)가 포함된 유전자지도를 완성하였다. 완성된 유전자 지도는 12개의 linkage group을 포함하며 1,357 cM의길이이다. 참외의 RIL 집단과 유전자 지도는 특정 형질과 관련된 유전자를 파악하고 클로닝에 활용될 수 있으며, QTL 분석 및 MAS (marker assisted selection)에 유용하다. 실제로 집단과 유전자 지도를 활용하여 soluble solid contents, 과피색 및 과육색과 관련된QTL 분석을 수행할 수 있었다.

Abstract ▼

The oriental melon (C. melo var. makuwa), called ‘chamoe’ in Korean, is a popular fruit crop cultivated mainly in Asia and a high–market value crop in Korea. To provide a genomic resource as a reference genome for the Cucurbitaceae crop improvement, we performed whole genome sequencing of Korean lan

The oriental melon (C. melo var. makuwa), called ‘chamoe’ in Korean, is a popular fruit crop cultivated mainly in Asia and a high–market value crop in Korea. To provide a genomic resource as a reference genome for the Cucurbitaceae crop improvement, we performed whole genome sequencing of Korean landrace, Gotgam chamoe. We used Illumina HiSeq2000 sequencing platform to generate 89 Gb (205X) of paired and mate pair sequence reads. The preprocessed reads were de novo assembled resulting in 4,825 scaffolds with a N50 scaffold length of 249kb. This assembly represented 335.6Mb which was 74.8% of the 450Mb of the whole genome. The assembled draft was chromosome ordered and predicted 27,167 genes of which 80% were predicted by known protein or C. melo unigene homology. Approximately 20% of predicted genes were hypothetical. A total of 1,885 non-coding RNA was detected including rRNA, miRNA, tRNA, and snRNA. The transposable elements were accounted for 21% (71.6Mb) of the total assembly.
All the marker candidates including SSR, INDEL, SNP were mined and presented. The draft was compared to the reference drafts of melon, cucumber, watermelon. The draft genome will provide a useful platform for genomic research and improvement for Cucurbitacea crops.
Based on Illumina HiSeq2000 platform, we also performed RNA-sequencing and generated 30.5 Gbp and 36.8 Gbp sequence data from female flower, male flower, leaf, root and fruit of Korean oriental melon varieties, KM and NW, respectively. From the raw reads, 64,998 transcripts from KM and 100,234 transcripts from NW were de novo assembled. Assembled transcripts were used for detection of SNP and SSR markers, screening of tissue-specific genes, and construction of linkage map using the markers. Of 7,871 SNP marker candidates between KM and NW, 234 SNP markers and of 8,502 SSR marker candidates, 25 SSR markers showed polymorphism in the two cultivars. 234 SNP and 25 SSR markers were screened in 94 F2 population and showed clear co-dominant type Mendelian segregations in F2 mapping population. 259 markers were used to construct linkage map of Korean melon and out of 248 markers were distributed in twelve linkage groups and 11 markers were unlinked.
It is promise that genomic sequence data and molecular markers of Korean melon in this study may provide useful information to improve the molecular breeding of Korean melon and other related species.
There are so many limiting factors for the production of oriental-melon or melon which has different fruit characteristics but classified as a same species. Several traits related to disease resistance, fruit setting and fruit qualities are required for development of elite variety in Korea, but traditional breeding is often a time-consuming process especially if the target trait is controlled by several genes and affected mainly by environmental conditions. In this case, efficient and effective deployment of molecular markers in breeding is useful tools, but saturated genetic linkage map is a prerequisite for the purposes. Several genetic maps of melon have been constructed to date, there is no oriental-melon map which can be applied in breeding and genome analysis. To establish a molecular breeding system in oriental-melon, we developed 190 recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross between the elite breeding line ‘SW3’ and Korean wild species ‘Gotggam’,
and constructed genetic linkage map spanning 1,357cM across the 12 linkage groups and composed of 354 molecular markers (SSR and CAPS) using the 190 RILs. RIL population and reference genetic map of oriental-melon developed in this project will be used in basic research like gene mapping and cloning, QTL mapping and marker assisted selection, linkage disequilibrium and comparative genome analysis, physical and genetic map integration, and genome assembly. We also identified several QTLs to assess the usefulness of our linkage map related to fruit characteristics like soluble solid contents, fruit surface color and fruit flesh color. Our results indicate that these QTLs can be applied in gene cloning and marker assisted selection of target traits for oriental-melon breeding.