초록 ▼

연구의 목적 및 내용
수렴진화는 서로 다른 lineage에서 독립적으로 일어난 진화가 서로 유사한 구조 또는 기능을 나타내는 것을 말한다. 식물에서의 수렴진화의 예중 하나는 과병의 신장인데, 땅콩 (Arachis hypogaea; 콩과), 한국 특산종인 태백개별꽃 (Pseudostellaria longipedicellata; 석죽과), 그리고 앉은부채속(Symplocarpus; 천남성과)에서 이미 확인이 되었다. 본 연구는 수렴진화의 유전체 수준에서의 원인을 이해하고 개별꽃속의 계통관계를 정리하는 것을 목적으로 한다. 이를

연구의 목적 및 내용
수렴진화는 서로 다른 lineage에서 독립적으로 일어난 진화가 서로 유사한 구조 또는 기능을 나타내는 것을 말한다. 식물에서의 수렴진화의 예중 하나는 과병의 신장인데, 땅콩 (Arachis hypogaea; 콩과), 한국 특산종인 태백개별꽃 (Pseudostellaria longipedicellata; 석죽과), 그리고 앉은부채속(Symplocarpus; 천남성과)에서 이미 확인이 되었다. 본 연구는 수렴진화의 유전체 수준에서의 원인을 이해하고 개별꽃속의 계통관계를 정리하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해서 개별꽃속의 태백개별꽃과 큰개별꽃의 유전체를 결정하고, 과병신장에 관여하는 유전자를 전사체 분석을 통해서 밝힌다. 그리고 이를 땅콩의 과병에서 발현된 유전자와 비교분석을 수행한다. 마지막으로 유전체 결정시 나오는 엽록체 염기서열을 바탕으로 좀 더 자세한 계통분석을 수행하여, 개별꽃속의 계통에 대한 연구를 한단계 업그레이드 시킨다.

연구결과
지금까지 유전체 연구가 진행되지 않은 개별꽃 (Pseudostellaria genus)속의 유전체 2개의 draft genome을 완성하였다. P. longipedicellata의 유전체는 전체 길이가 1.248 Gbp이고 평균 scaffold 길이는 2,019 bp 이다. Gap sequence의 총 길이는 65.7Mb로 전체의 5.26%에 해당한다. GC ratio는 36.065%이다. P. palinbiniana 의 전체 유전체는 P. longipedicellata 보다는 적은량의 데이터를 생성하여 genome assembly를 수행하였다. 그 결과, 전체 길이는 1.285Gbp, 평균 contig의 길이는 361.18 bp로 태백개별꽃보다는 많이 작다. 두 유전체를 유전체 수준에서 align한 결과 61.5%가 서로 alignable한 영역으로 확인되었다.
과병 발달에 관계된 유전자를 찾기 위한 전사체 분석을 수행하여, P. longipedicellata 및 P. palinbiniana의 각 2개체에서 개화 전/후의 stalk에서 RNA을 추출하여 RNA-Seq을 수행하였다. 각 셈플별로 93,000에서 120,000개의 유전자가 확인되었다.
지금까지 한국에 보고된 개별꽃속 종들에 대한 검토를 확인한 12종 중 9종에 대해서 샘플링을 진행하였다. 핵구간의 ITS와 7구간 엽록체DNA 마커을 이용하여 한국 9종과 미국 1종을 포함한 계통분석을 수행한 결과, ITS 계통수에서는 기존연구와 마찬가지로 미국종과 아시아에 분포하는 종이 단계통군을 형성하지 못하는 것을 확인하였다. ITS와 엽록체 DNA 계통수에서 대생그룹(distantes)는 측계통군(paraphyly)를 이루었고 위윤생그룹 (Verticilatae)는 ITS에서는 측계통군, 엽록체DNA에서는 단계통군(monophyly)를 이루었으나 한반도의 위윤생그룹에 속하는 종간의 해상력은 부족하였다.
위의 연구에 대한 모든 데이터는 웹 기반의 Pseudostellaria Database (http://www.pseudostellaria.net/)에 저장되고, 자료를 검색할 수 있도록 시스템을 구축 하였다.

연구결과의 활용계획
본 프로젝트를 통해서 얻어진 국내 개별꽃 속의 분포 정보 및 molecular phylogeny는 향후 개별꽃속 안에 종 경계가 모호한 경우에 대한 정확한 유연관계를 볼 수 있는 연구의 기반으로 활용 될 예정이다. 또한 국내에 분포하는 개별꽃 속의 population에 대한 조사가 깊게 이루어지게 되면 Pseudotellaria population genetics도 수행 가능하다. 본 프로젝트에서 나온 2종의 whole genome sequence는 현재 미비한 부분을 보강하기 위해서 추가 sequening이 진행중이고, 이를 통해 석죽과의 첫 번째 whole genome sequence으로 출판을 목표로 하고 있다. 전사체 데이터에는 과병 발달에 대한 관련 유전자 분석을 넘어서 두 종의 발현되는 유전자들의 서열 기반의 특성을 밝히는데 사용될 예정이다. 마지막으로 개별꽃 Database (http://www.pseudostellaria.net/)를 통해서 더 다양한 연구를 수행할 예정이다.

(출처 : 요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose & contents
Convergent evolution is the process whereby organisms not closely related, independently evolve similar traits as a result of having to adapt to similar environments or ecological niches. Examples of plant convergent evolution is stalk development: peanut (Arachis hypogaea, Fa

Purpose & contents
Convergent evolution is the process whereby organisms not closely related, independently evolve similar traits as a result of having to adapt to similar environments or ecological niches. Examples of plant convergent evolution is stalk development: peanut (Arachis hypogaea, Fabaceae), Korean endermic species, Pseudostellaria longipedicellata(Caryophyllaceae), and Symplocarpus genus. This result amis for understanding mechanisms of stalk development between two species of Pesudostellaria as well as moecluar phylogenic relationship of Pseudostellaria genus. In addition, we will sequence whole genome of P. longipedicellata and P. palinbiniana and transcriptome analysis for stalk development will be conducted. We will compare transcriptome sequences between peanut and Pseudostellaria. Finally, based on whole chloroplast genome sequences of Pseudostellaria, we will try to improve phylogentic anaylsis of Pseudostellaria.

Result
We made draft genomes of two Pseudostellaria species. Total length of P. longipedicellata assembled genome is 1.248 Gbp and average scaffold length is 2,019 bp. Gap sequence is only 65.7Mbp accounting for 5.26%. GC ratio is 36.065%이다. In the case of P. palinbiniana genome, we generated relatively small amount of genome, so that total length is 1.285Gbp and average length is 361.18bp. Via comparison of two genome sequences, only 61.5% sequences from both species were aligned.
To find the genes related to stalk development, we extracted RNA from two samples of each species with two conditions (flowering and fruting stage). After de novo assembly process, we got 93,000 to 120,000 genes from each sample.
We reviewed all Pseudostellaria species reported in Korea, and 9 out of 12 species were collected. We sequenced ITS and seven chloropalst regions from 9 Korean species and 1 US species, we found that Asian Pseudostellaria species could not form one clade. In two phylogentic trees of ITS and chloroplast markers, distantes group shows paraphyly and verticilatae group present paraphyly in ITS tree while monophyly in the chloroplast tree.
All results from this project were stored in the seudostellaria Database (http://www.pseudostellaria.net/, which is web-based integrated platform for Psuedostellaria genus.

Expected Contribution
Psedusotellaria species distribution and molecular phylogenetic relationship in Korea will be utilized for understanding in-depth phylogenetic relationships of Pseudostellria species including controversial species in this genus. Based on the Pseudostellaria populations investigated through this project, population genetic researches can be condcuted. Two whole genome sequences of Pseudostellaria will be improved with adding more sequernces from the same samples, which will be the first genome in Caryophyllaceae. Transcriptome data of Pseudostellaria will be analyzed in the level of sequences, which will be a fundamental data for understanding expressed gene sequence differences among Pseudostellaria species. Pseudostellaria database (http://www.pseudostellaria.net/) will become a hub for all kind of research inforamtion of Pseudostellaria genus.

(출처: SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 12
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 12
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 12
• 8. 참고문헌 ... 13
• 9. 연구성과 ... 13
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 14
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 14
• 12. 기타사항 ... 14
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 15
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 21
• 끝페이지 ... 24