초록 ▼

본 연구의 대표성과는 무측지성을 유발시키는 후보 유전자 탐색 및 무측지성 국화육성의 분자육종기반 구축을 위해 국화 유전체의 복잡성 때문에 활용이 제한 되었된 SNP(single nucleotide polymorphism) 및 SSR (simple sequence repeat) 등 유용 분자표지를 대량발굴하고, 이러한 분자육종 인프라를 이용하여 무측지성과 연관된 유전자/분자표지마커를 동정할 수 있는 분리집단을 육성하는데 있다.

국화의측지 혹은 무측지 특이 유전자의 대량 발굴을 위해 측지성 스탠다드 국화 ‘정운’의 액아와

본 연구의 대표성과는 무측지성을 유발시키는 후보 유전자 탐색 및 무측지성 국화육성의 분자육종기반 구축을 위해 국화 유전체의 복잡성 때문에 활용이 제한 되었된 SNP(single nucleotide polymorphism) 및 SSR (simple sequence repeat) 등 유용 분자표지를 대량발굴하고, 이러한 분자육종 인프라를 이용하여 무측지성과 연관된 유전자/분자표지마커를 동정할 수 있는 분리집단을 육성하는데 있다.

국화의측지 혹은 무측지 특이 유전자의 대량 발굴을 위해 측지성 스탠다드 국화 ‘정운’의 액아와 무측지성 스탠다드국화 ‘세이노이세이’의 형태상으로 동일한 액아의 transcriptome을 비교 분석하였다. 각 액아의 특이적 발현정보를 추출하기 위해 액아 이외의 transcriptome를 조사하여 결과의 false positive를 최소화 하였다. 본 연구에서는 정운과 세이노이세이 액아 특이적으로 각각 84개, 131개의 유전자가 발현이 됨을 밝혀내었는데, 이를 기반으로 정운 액아에서는 세이노이세이 액아에 비해 ethylene signalling pathway와 ABA signalling pathway가 과발현됨을 관찰할 수 있었다. 그러나 ethylene signalling pathway는 ABA signalling pathway와 길항관계가 있는 것으로 알려져 있는데, gene network분석을 통해 측지발생에 있어서 이 두 pathway는 MYBR1과 PP2C 기반 negative feedback mechanism으로 연결되있음을 알 수 있었다. 즉 정운에서는 이러한 negative feedback을 통해 결국 ERF(ethylene response factor)의 발현을 유도해내어 결국 측지를 왕성하게 발생시킨다는 가설을 본 연구를 통해 도출할 수 있었다. 반면에 세이노이세이에서는 이러한 negative feedback mechanism이 존재하지 않는지 혹은 다른 mechanism이 존재하는지 더 많은 발현정보가 있어야 되지만, EFR에 의한 ethylene signalling pathway의 발현이 상대적으로 정운보다 낮은 것 같다. 또한 세이노이세이 잎이서는 정운보단 측지를 억제한다고 Arabidopsis등에서 밝혀진 strigolactone pathway가 과발현이 되어 측지 발생을 유도하는 PINs(Pin formed protein)이나 BES1을 억제하여 측지 발생을 억제하는 것으로 사료된다. 향 후 본 연구로 밝혀진 관련 유전자 정보는 생명공학적 방법의 측지발생 억제수단으로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

국화는 유전체가 복잡하고 거대하기 때문에 염기서열기반 SNP(single nucleotide polymorphism) 및 SSR (simple sequence repeat) 등 유용 분자표지 발굴이 매우 어렵다. 본 연구에서는 유전체 단순화(genome reduction)와 차세대 염기서열법을 통해 상대적으로 저렴한 비용으로 유전체를 분석하는 GBS(Genotyping By Sequencing)방법과, 액아 transcriptome 분석에서 얻어진 cDNA정보를 통해 SNP와 SSR을 대량 발굴하였다. GBS는 physical map, association study, genetic map, biparental crossing, breeding 등 여러 유전학 분야에 적용할 수 있는 활용도 높은 기술면서, 무엇보다도 알팔파 및 면화 등 배수체 작물에서도 안정적으로 이 기술이 적용되었다. 본 연구에 활용되는 GBS방법은 Truong et al (2012) PLOS ONE에 발표된 상추 GBS의 연구사례를 따른 것이며, 제한효소는 Truong et al(2012)에서 쓰인 바와 같이 Pst1과 Mse1을 사용하였다. 예비실험으로 GBS파이프라인을 구축하기 위해 분리집단 모본으로 사용되었던 정운, 세이노이세이를 포함한 F1 7점을 이용하여 GBS library를 구축하였고, Hiqeq2000기반으로 sequencing을 한 결과, 96 sample panel기준 셈풀 당 약 100~150Mb 염기서열 정보가 생산되었다. 총13,425의 SNP가 calling되었으나 그중 missing data가 없는 High quality SNP(HQSNP)는 2, 685개였다. 현재 GBS library에 포함된 sample 수가 96 panel의 약 10%에 불가한 것을 감안 한다면 실제분석에서는 약 200여개의 HQSNP가 발굴될 것으로 사료된다. 이는 국화 유전체가 거대하여 다른 작물에서보다 더 많은 sequencing 생산이 요구됨음 시사한다. 향 후 이 정보는 reference 염기서열이 없는 국화에서 GBS를 적용할 때 유용하게 활용될 것으로 전망된다. SSR은 본 연구에서 생산된 transcriptome 결과를 통해 선택되었고, 정운과 세이노 이세이 간 polymorphic한 것들을 선발하였다. 그 결과 총 17,551 polymorphic loci에서 polymorphism이 높고 200~300bp 정도 증폭될 수 있는 SSR은 207개였고, 이 중 50개를 대상으로 실제 primer를 제작하여 증폭하여 본 결과 총 33의 SSR loci에서 single band를 보였다. 이들 SSR은 종판별 및 유전자 지도 작성에 유용하게 활용될 것이다.

정운과 세이노 이세이 간 분리집단 작성을 위해 연구기간 초부터 수차례의 종자수확과 교배를 진행하였지만, 계획되었던 대로 형매교잡, reciprocal crossing 등 모든 조합에서 저조한 성적을 보였다. 하지만 2차 연구년도 말에 정운 및 세이노 이세이이외의 중간무측지x무측지성 (016-067) 및 측지x중간무측지(016-141)조합에서 80개체 이상의 F1 분리집단을 육성할 수 있었고, 3차년도에 각 집단 개체의 측지수를 scoring한 결과 측지 개수가 변이를 보임을 확인 하였다. 하지만 측지 scoring의 정확성을 위해 삽목을 통해 계통을 증식(계통당 6개체 이상)하였고, 이들 집단을 2017년 7월말 포장에 전개될 것이다, 향후 이들 집단에 대해 측지발생 및 개화시기에 대한 유전자 지도 작성 및 QTL분석이 이루어질 것이며, 본 연구로부터 파생된 SNP등 분자 육종 인프라와 분자생물학적 지식이 유용하게 사용될 것으로 전망된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 10