초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 유전체 정보 가공 시스템 구축 및 유전체 정보 생산
가. NGS resequencing 기술을 이용하여, 효율적인 유전체 정보 생산 시스템을 구축하고, 유전체 정보의 가공 및 genetic variants 발굴 파이프라인 작성
나. 양배추 및 브로콜리의 효율적인 RNA sequence (transcriptome)와 miRNA 정보생산 시스템 구축 및 유전자 발현 profiling, 유용유전자 발굴, 조절유전자 동정 분석 파이프라인 구축
다. 35,274개의 locus가 annotation

Ⅳ. 연구개발결과
1. 유전체 정보 가공 시스템 구축 및 유전체 정보 생산
가. NGS resequencing 기술을 이용하여, 효율적인 유전체 정보 생산 시스템을 구축하고, 유전체 정보의 가공 및 genetic variants 발굴 파이프라인 작성
나. 양배추 및 브로콜리의 효율적인 RNA sequence (transcriptome)와 miRNA 정보생산 시스템 구축 및 유전자 발현 profiling, 유용유전자 발굴, 조절유전자 동정 분석 파이프라인 구축
다. 35,274개의 locus가 annotation 된 53,562 locus를 양배추 표준 유전자 세트로 개발하고, functional category 별 annotation 함
라. 목표형질관련 저항성 및 감수성 보유 계통 29계통으로부터 총 586Gb의 high quality 유전체 정보 생산 (12~88X genome coverage)
2. 신품종 개발에 활용 가능한 tool 개발
가. FocBo1 유전자위 관련 양배추의 시들음병 저항성 및 이병성 판별용 우성 PCR 형태의 분자표지 개발 및 113점 검정을 통한 육종가 지원
나. 석회결핍 둔감형 연관 유전자로 DREB 유전자 발굴 및 발현 분자표지로 개발
다. 내서성 검정용 연관 분자표지로 BoHsp70과 BoSCL13-1 유전자를 조기검정에 이용가능한 유전자로 발현마커화 하였고, BoHSP70 유전자위 관련 PCR 형태의 분자표지화 (출원 품종 7품종 검정에 활용)
라. 배추좀나방 저항성 감수성 계통의 1차 대사체 분석을 통해 8개의 함량 차이를 보이는 대사물질을 규명해 배추좀나방 저항성 연관 바이오마커로 개발
마. F1 품종 순도검정 분자표지로 12개의 SNP 마커 (1-2마커/염색체)를 fluidigm system 기반으로 개발 (570점 순도 검정을 통한 육종가 지원)
바. 계통 고정 검정용으로 24개의 SNP (2-5마커/염색체)를 fluidigm system기반의 분자표지로 개발 (560점 검정을 통한 육종가 지원)
사. 여교배 선발용 분자표지를 2-5Mb genome distance로 384개의 SNP 개발 (fluidigm system)
아. 양배추류 국제 표준 유전집단인 BolTBDH 집단을 이용하여 총 350개의 마커가 지도화 된 887.5cM (1마커/2.5cM)의 기본 유전자 지도 작성 및 배추좀나방저항성 형질의 분리 집단에서 염색체 3번 4번에 QTL 지도화
자. 신 마커 개발 및 육종 지원을 위해 29계통의 resequencing 데이터를 기반으로 21,781 SSR 마커, 58,158 SNP 마커, 992,012 InDel 마커 및 증폭인자, 기존에 보고된 양배추 유전자지도 8개가 통합된 통합 유전자지도, 양배추 genome browser, 형질별 특이 마커, genetic variable block의 데이터가 탑재된 데이터베이스 구축
차. B. rapa, B. oleracea, B. napus, A thaliana의 CDS, ESTs, Transcriptome 데이터로부터 unigene 분석 및 annotation 하고, 진화적인 유연관계가 Brassicaea의 genomic block 정보로 통합되어진 가 A, C genome의 유전자 기능 및 진화연구용 exome 데이터베이스 구축
카. 육종가의 주요 엘리트 양배추 계통 12계통의 SNP 분자표지 및 증폭인자를 개발하여 육종가의 필요에 맞게 활용하도록 함
3. 품종개발 관련 유용형질의 실험적 진단 기법 구축
가. 뿌리혹병 병리 검정 실험실 처리 조건을 파종 후 10일된 유묘에 뿌리혹병균 을 4.0×10⁸ spores/pot가 되도록 접종하였으며, 20℃에서 5주간 배양한 후 발병도를 0-4범위로 조사하고, control로 오조라 감수성 품종과 중도 저항성의 대박나를 사용
나. 시들음병 병리 검정은 파종 후 14일된 유묘의 양배추 뿌리를 씻고 시들음병균을 1x10⁷ conidia/ml의 농도로 30분 동안 침지 후 이식하여 25℃에서 3주 동안 배양 한 후 발병도를 저항성, 감수성으로 조사하고, control로 저항성으로 YR호남과 감수성 품종인 레드마트를 사용 (107점 병리 검정 지원)
다. 시들음병과 뿌리혹병 특이적인 genomic DNA oligomer를 합성하여, 양배추에 감염된 fungi의 biomass를 측정하여 뿌리혹병, 시들음병 저항성 반응의 정량화 검정법 확립
라. 내서성 검정 처리 조건은 파종 후 2주된 유묘를 42℃에서 하루 2시간씩 일주일간 처리하고 계통간 표현형의 차이를 분석함
마. 0.3mM [Ca²⁺] 조건의 기내 배양을 통해 tip-burn이 나타나는 정도를 기반으로 석회 결핍 둔감형을 조기에 진단함.
바. 여교배 선발용 SNP는 Fluidigm 기반, F₁ 품종 순도검정 및 계통 고정 검정 분자표지는 Fluidigm과 HRM 기반, 시들음병 저항성 검정 마커는 PCR 기반으로 검정 시스템 구축
4. 유용형질 관련 유전자 및 대사체 확보
가. 단백체 발현 비교 분석을 통해 시들음병 저항성 관련 유용 유전자 47개, 뿌리혹병 저항성 특이 유전자 22개 선발하여 유용 유전자를 확보
나. 전사체 비교분석을 통해 내서성 관련 유용 유전자 6개 및 석회결핍 둔감형 관련 유용 유전자군 165개 확보
다. 배추좀나방 저항성 관련 1차 대사체 분석을 통해 저항성 관련 대사체 25종 확보
5. 양배추류 개량에 적용 가능한 유용 유전자군 개발
가. 바이오맵 구축을 통해 병저항성 및 스트레스 저항성 관련 유전자군 129,743개 발굴하여 데이터베이스 화
나. 석회결핍 둔감형 관련 tip-burn 저항성 연관 유전자군으로 칼슘수송유전자 발굴 및 기작 연구
6. 양배추류 유전자원 수집 및 육종 소재 개발
가. 제초제 저항성 유전자 (bar), 내병성 관련 유전자 (chitinase), 내충성 유전자 (Cry I Ab, Cry I Ac, Cry II A)를 이용한 형질 전환용 multiplex 벡터 construct 제작 및 이를 이용한 형질 전환 양배추 및 브로콜리 소재 제작
나. 목표형질 관련 re-sequencing 재료 증식, 수집 계통 9계통 증식, 수집종 58종 세대 진전, 수집종 4종으로부터 소포자 배양체 97개체 확보
다. F₁ 25품종으로부터 총 7조합/품종과 3품종에서 약배양 유래된 총 150계통 확보 및 내병성 우량형질 보유 39계통 선발
라. 시들음병, 내서성, 석회결핍둔감형 관련 유전집단 각각 5집단, 4집단, 3집단 작성하여 ₂ 또는 F₃ 분리집단 종자 확보
마. 양배추류 국제 표준 유전집단인 BolTBDH 집단 150 계통과 모본 부본의 증식
바. 유전자원 792점 수집 및 유용형질 특성 검정
7. 국내기반 형질전환 발현 시스템 구축
가. 양배추 및 브로콜리의 자엽을 이용하여 형질전환율 3.8~8.7%의 고효율 형질 전환시스템 구축
나. 배추 유래 병저항성 유전자 관련 promoter 분석을 통해 뿌리, 꽃봉우리, 식물체 전체에 특이적인 프로모터 발굴
8. 유전체 육종 기반 신품종 개발
가. 시들음병, 내서성 보유 양배추 품종 7종 개발
나. 석회결핍둔감형 보유 양배추 품종 2종 개발
다. 시들음병 저항성 보유 브로콜리 품종 3종 개발

Abstract ▼

Ⅳ. Results of Research & Development
1. Construction of genome information processing system and production of genomic resources
A. An efficient genome information production system was constructed based on NGS resequencing technology, and completed a pipeline to process the NGS data and to fi

Ⅳ. Results of Research & Development
1. Construction of genome information processing system and production of genomic resources
A. An efficient genome information production system was constructed based on NGS resequencing technology, and completed a pipeline to process the NGS data and to find genetic variants.
B. An efficient RNA sequence (transcriptome) and miRNA information production system was constructed and completed a pipeline for gene expression profiling, useful gene discovery and control gene identification analysis for cabbage and broccoli
C. The reference gene set of cabbage was developed using 53,562 locus to which 35,274 locus was annotated, and conducted the annotation by functional category
D. A total of 586Gb high quality genome information (12~88X genome coverage) was produced from 29 lines that own the targeted character related resistance and sensitivity
2. Development of a tool which can be utilized in new variety development
A. Dominant PCR molecular marker for differentiating FocBo1 locus-related Fusarium wilt resistance of the cabbage and susceptibility was developed. Support breeders through the genotyping of 113 breeding materials
B. DREB gene was developed to expression marker associated with calcium deficiency insensitivity test
C. BoHsp70 and BoSCL13-1 genes as associated molecular markers for the heat resistance were made as the expression markers usable to the early selection, and BoHSP70 locus related PCR marker was developed (utilized for testing 7 of applied breeds)
D. Diamond back moth resistance associated biomarkers were developed by identifying 8 primary metabolites that showed content differences through the primary metabolome analysis of the resistance and sensitivity lines
E. F1 purity test molecular markers, 12 SNP markers (1-2 marker/chromosome) as a set were developed in fluidigm system format (Support the breeding program by genotyping 570 samples)
F. 24 SNPs (2-5 marker/chromosome) were developed as the fixation test molecular markers in fluidigm system format (Support the breeding program by genotyping 560 samples)
G. 384 SNPs were developed as the selecting molecular markers for the back-cross with 2-5Mb genome distance (fluidigm system)
H. Basic genetic map of 887.5cM (1 marker /2.5cM) where a total of 350 markers were mapped by using the international standard genetic mapping population: BolTBDH, and QTL mapping of the diamond back moth resistant trait to the chromosome No. 3 and No. 4
I. A database was constructed containing the data of 21,781 SSR markers, 58,158 SNP markers, 992,012 InDel markers and amplification primers, an integrated genetic map in which 8 of previously reported genetic maps for cabbage, the cabbage genome browser, trait specific markers, and genetic variable block, were contained
J. Unigene analysis and annotation was done from the data of CDS, ESTs, and Transcriptome of B. rapa, B. oleracea, B. napus and A thaliana, and the exome database was constructed for the A and C genome gene function and evolution studies, in which the evolutionary relationship was integrated as genomic block information of Brassica
K. SNP molecular markers and amplification priemrs of 12 major elite cabbage lines were developed to be utilized according to the need of the breedign programs
3. Construction of Experimental Diagnostic Techniques of the cultivar development-related useful traits
A. The laboratory processing conditions for the pathological test of clubroot included inoculation of Plasmodiophora brassica to seedlings at 10 days after sowing to become 4.0×10⁸ spores/pot, and after incubation at 20℃ for 5 weeks, the disease index was investigated in the range of 0-4, while Ohjora as sensitivity cultivar and Daebakna for moderate resistance were used as the controls
B. For the pathological test of fusarium wilt, the root of seedling cabbage at 14 days after sowing, and inoculated with Fusarium oxysporum after immersion at the inoculum concentration of 1x10⁷ conidia/ml for 30 minutes. After incubating at 25℃ for 3 weeks, the disease index was investigated with resistance and sensitivity, while YR Honam as the resistance control and Redmart as the sensitivity cultivar were used as the control (107 samples were tested to support breeders)
C. By synthesis of Clubroot and Fusarium wilt specific-genomic DNA oligomer and measurement of the biomass of fungi infected to cabbage, a quantification screening method of resistant reaction to clubroot and fusarium wilt was established
D. As for the heat resistance test processing conditions, the seedlings at 2 weeks after sowing were processed at 42℃ by 2 hours per day for 1 week and the difference of the inter-lines genotypes were analyzed.
E. Based on the degree of tip-burn display through In vitro Culture at 0.3mM [Ca²⁺], the calcium deficiency insensitivity was diagnosed at early stage.
F. The screening systems were constructed for back cross selection, F₁ purity test, line fixation test, Fusarium wilt resistance test based on Fluidigm system, Fluidigm and HRM and PCR, respectively
4. Securing the useful trait-related genes and metabolites
A. Through a comparative analysis of proteomics expression, the useful genes were secured by selecting 47 of Fusarium wilt resistance-related genes and 22 of Clubroot resistance-specific genes.
B. 6 of the heat resistance-related useful genes and 165 of the calcium deficiency insensitivity-related genes were secured from the comparative analysis of transcriptome
C. 25 kinds of the resistant primary metabolites to diamond back moth were secured from the resistance-related primary metabolome analysis
5. Development of useful genes applicable to the improvement of the cabbage crops
A. A database was constructed by discovering 129,743 disease resistance and stress resistance related gene clusters through building a biomap
B. Discovery of the calcium deficiency insensitivity-related genes associated with tip-burn resistance and the mechanisms study
6. Collecting and developing the genetic resources of the cabbage crops
A. Construction of a multiplex vector for transformation using herbicide resistant genes (bar), disease resistance related genes (chitinase), and insect resistant genes (Cry I Ab, Cry I Ac, Cry II A) and production of transgenic cabbages and broccoli by using the vector
B. Securing 97 lines from microspore culture, multiplication of the targeted traits related re-sequencing materials, proliferation of the 9 collected lines, generation advancement of 58 collections
C. Securing a total of 150 lines originated from a total of 7 combination/cultivars and 3 cultivars from 25 F₁ cultivars and selecting 39 lines holding the disease resistant superior characters
D. Fusarium wilt, heat resistance and calcium deficiency insensitivity related genetic mapping populations were prepared by 5, 4 and 3 cross combinations, respectively, and secured the seeds of F₂ or F₃
E. Proliferation of 150 lines of the international standard genetic mapping population, BolTBDH and proliferation of parents lines
F. 792 collections of genetic resources and the test for the characteristics of the useful traits
7. Construction of the in-country based transformation expression system
A. Construction of high-efficiency transformation system in the transgenic rate ranging 3.8 to 8.7% by using the cotyledons of the cabbage and broccoli
B. Discovery of root, flower, and the whole plant-specific promotors through the analysis of the cabbage-derived disease resistance genes and promoter analysis
8. Development of new varieties by genomics assisted breeding system
A. Development of 7 cabbage cultivars resistant to Fusarium wilt and heat
B. Development of 2 cabbage cultivars resistant to the calcium deficiency insensitivity
C. Development of 3 broccoli cultivars resistant to Fusarium wilt

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 15
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 제1절 연구개발의 목적 ... 21
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 21
• 1. 종자산업 ... 21
• 2. 분자육종, 유전체 육종 ... 22
• 3. 작물 유전체 정보 이용 기술의 필요성 ... 24
• 4. 양배추류 육종소재 개발의 중요성 ... 24
• 5. 양배추류 병․해충저항성 품종 육성의 필요성 ... 26
• 6. 양배추류의 스트레스 저항성 및 고 기능성 품종 육성의 중요성 ... 27
• 7. 고효율 양배추 신품종 개발을 위한 유전체육종 지원의 중요성 ... 27
• 제3절 연구개발의 범위 ... 28
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 30
• 제1절 국내 기술 개발 현황 ... 30
• 제2절 국외 기술 개발 현황 ... 31
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 34
• 1. 유전체 정보 가공 시스템 구축 및 유전체 정보 생산 ... 34
• 가. NGS resequencing 기술을 이용한 효율적인 유전체 정보 생산 시스템 구축 ... 34
• 나. 양배추류의 transcriptome, miRNA 생산 및 분석 시스템 구축 ... 49
• 다. 양배추 표준 유전자 세트 개발 ... 83
• 라. 29계통의 유전체 정보 생산 ... 88
• 2. 신품종 개발에 활용 가능한 tool 개발 ... 105
• 가. 병 (시들음병, 뿌리혹병) 저항성 검정용 연관 분자표지 개발 ... 105
• 나. 석회결핍 둔감형 검정용 연관 분자표지 개발 ... 130
• 다. 내서성 검정용 연관 분자표지 개발 ... 133
• 라. 배추좀나방 저항성 검정용 연관 바이오마커 개발 ... 144
• 마. F1 품종 순도검정 분자표지 개발 ... 147
• 바. 계통 고정 검정 분자표지 개발 ... 152
• 사. 여교배 선발용 SNP 분자표지 개발 ... 158
• 아. 양배추류 기본 유전자 지도 작성 및 QTL 지도 작성 ... 162
• 자. 신 마커 개발용 데이터베이스 구축 ... 191
• 차. 엘리트 계통의 마커 개발 ... 220
• 3. 품종개발 관련 유용형질의 실험적 진단 기법 구축 ... 230
• 가. 시들음병 뿌리혹병 저항성, 감수성 진단법 구축 ... 230
• 나. 내서성, 석회 결핍둔감형 조기 진단법 구축 ... 236
• 다. 개발된 분자표지 검정 시스템 구축 ... 240
• 4. 유용형질 관련 유전자 및 바이오마커 확보 ... 275
• 가. 전사체, 단백체 발현 비교 분석을 통한 시들음병, 뿌리혹병 저항성 관련유용 유전자 확보 ... 275
• 나. 전사체 비교분석을 통한 내서성, 석회결핍 둔감형 관련 유용 유전자군 확보 ... 290
• 다. 배추좀나방 저항성 관련 대사체 확보 ... 310
• 5. 양배추류 개량에 적용 가능한 유용 유전자군 개발 ... 321
• 가. 병저항성 및 스트레스 저항성 관련 유전자군 발굴 ... 321
• 나. 석회결핍 둔감형 관련 tip-burn 저항성 연관 유전자군 발굴 및 기작 연구 ... 410
• 다. 배추좀나방저항성 관련 유용 유전자군 발굴 ... 450
• 6. 양배추류 유전자원 수집 및 육종 소재 개발 ... 480
• 가. 형질 전환용 multiplex 벡터 construct 제작 ... 480
• 나. 양배추류 유전자원 수집 및 고정 ... 483
• 다. 브로콜리 수집품종, 시험조합 특성 검정 ... 597
• 라. 브로콜리 소포자 유래 계통 육성 ... 603
• 마. 목표형질 관련 RIL 또는 F2 분리 집단 작성 ... 615
• 바. 양배추류 국제 표준 유전집단 증식 ... 626
• 7. 국내기반 형질전환 발현 시스템 구축 ... 633
• 가. 양배추의 고효율 형질 전환 시스템 구축 ... 633
• 나. 배추 유래 병저항성 유전자 관련 promoter 분석 ... 651
• 8. 유전체 육종 기반 신품종 개발 ... 657
• 가. 목표형질 관련 양배추 신품종 개발 ... 657
• 나. 목표형질 관련 브로콜리 신품종 개발 ... 706
• 제4장 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 745
• 1절. 연구개발의 목표의 달성도 ... 745
• 2절. 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 763
• 제5장 연구개발 성과 및 성과 활용계획 ... 765
• 1절. 연구개발 성과 ... 765
• 1. 연차별 정량 목표대비 성과 ... 765
• 2. 연구결과 활용 목표대비 성과 ... 765
• 2절. 연구개발 성과 내역 ... 766
• 1. 특허 성과 ... 766
• 2. 신품종 성과 ... 768
• 3. 유전자원 등록 성과 ... 768
• 4. 생명정보자원 등록 성과 ... 771
• 5. 논문게재 성과 ... 772
• 6. 인력 양성 성과 ... 775
• 7. 기타 ... 776
• 8. 연구결과 활용 목표 달성 내역 ... 778
• 3절. 연구개발 성과 활용 및 연구 종료 후 활용 계획 ... 780
• 제 6 장 연구개발 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 782
• 제 7 장 연구시설‧장비 현황 ... 783
• 제 8 장 참고문헌 ... 784
• 끝페이지 ... 803