보고서 정보
주관연구기관 |
고려대학교 Korea University |
연구책임자 |
이하나
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800007007 |
과제고유번호 |
1711022980 |
사업명 |
신진연구자지원 |
DB 구축일자 |
2018-05-19
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키워드 |
볼바키아균.공생체.차세대염기서열분석법.애멸구.유전체.메타게놈.단위생식.전사체.해충방제.Wolbachia.symbiont.NGS.genome.transcriptome.metagenome.Laodelphax striatellus.pest control.cytoplasmic incompatibility.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800007007 |
초록
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연구의 목적 및 내용
Wolbachia 는 세포내 절대공생세균으로, 전체 곤충류의 40-60%가 이 세균에 감염되어 있으며, 암컷의 비율을 높이는 쪽으로 숙주의 성비를 교란시킨다. 곤충의 성결정에 중요한 영향을 끼치는 절대공생세균 Wolbachia의 유전체 및 전사체를 해독함으로써 Wolbachia가 가진 성결정 관여 기작의 단서를 찾고자 하였다. 이를 위한 방법으로 다중감염 곤충 개체내에서 Wolbachia 시퀀스 타입을 쉽게할 수 있는 Metagenomic-MLST법을 새로이 정립하고자 하였고, Genomics를 통해 감염
연구의 목적 및 내용
Wolbachia 는 세포내 절대공생세균으로, 전체 곤충류의 40-60%가 이 세균에 감염되어 있으며, 암컷의 비율을 높이는 쪽으로 숙주의 성비를 교란시킨다. 곤충의 성결정에 중요한 영향을 끼치는 절대공생세균 Wolbachia의 유전체 및 전사체를 해독함으로써 Wolbachia가 가진 성결정 관여 기작의 단서를 찾고자 하였다. 이를 위한 방법으로 다중감염 곤충 개체내에서 Wolbachia 시퀀스 타입을 쉽게할 수 있는 Metagenomic-MLST법을 새로이 정립하고자 하였고, Genomics를 통해 감염 균주의 유전체를 결정한 후, 발생 단계별 RNA-seq을 수행하고자 하였다. 모델 숙주로 벼의 해충으로써 경제적으로 중요한 가치를 지니는 애멸구를 선택하여, 향후 자생 해중 방제 시스템을 위한 기초자료를 구축하고자 하였다.
연구결과
초파리 등 실험동물 모델, 자생 토착 곤충, 병해충 등 여러 곤충에 대한 Wolbachia 감염 여부를 wsp 등 6개 유전자를 기반으로 수행하였다. 이 중 단일감염 및 다중감염의 종특성을 동시에 보이는 나비를 모델 곤충으로 선정하여 NGS 기반의 MLST방법을 구축하였다. 많은 곤충에서 다중 Wolbachia sequence type에 의해 발생함을 고려할 때 이 과제에서 구축한 NGS-MLST법은 Wolbachia screening에 대량 분석법을 최초로 제시한 의미가 있다. Wolbachia 감염 screening 결과를 바탕으로 벼의 해충인 애멸구를 유전체 연구 대상으로 선정하고 성충으로부터 감염세균의 DNA를 분리 및 정제하여 전장유전체를 확보하였다. 일반적인 절대공생균에서 보이듯이 작은(1,232,346 bp) 크기의 유전체를 보유하고 있었다. 다른 Wolbachia genome과 비교하였을 때, B supergroup에 속하는 것으로 확인되었다. 숙주의 발생 단계별로 감염 Wolbachia의 유전자 발현 변화를 추적하기 위하여 알, 약충, 성충으로부터 RNA를 추출하여 전사체 분석을 수행하였다. 발현이 확인된 600-1,100여개의 유전자 중에서, 가장 많이 발현된 상위 20개 유전자에는 hypothetical protein이 50% 이상이었으며, GroES와 GroEL와 같은 chaperone function에 수반되는 유전자 등이 포함되어 있었다. 애멸구의 성장 단계별 발현 차이를 보이는 transcript로 hypothetical protein WSTR_01295등을 비롯한 그룹 특이적 유전자들을 후보군으로 확보하였다.
연구결과의 활용계획
최근 Wolbachia를 이용하여 해충의 번식을 조절하고 군집을 줄여 감염성 질환을 줄이는 시도가 성공을 거두고 있다. 숙주 생물의 성비를 교란시켜 숙주 군집을 통제하는 생물학적 해충 방제법으로 사용될 수 있는 가능성이 있다고 판단되어, 본 연구진은 국내에서 시급히 방제법 개발이 요구되는 소나무재선충병 연구에 Wolbachia를 적용할 수 있는지에 대한 연구를 계획하였다. 본 연구결과로 기정립된 스크리닝 기법, 유전체 분석기술 등을 사용하여 소나무재선충 및 매개충인 하늘소의 Wolbachia 감염 특성을 밝히는 후속 연구를 계속 진행할 예정이다.
(출처 : 한글요약문 5p)
Abstract
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Purpose&contents
Wolbachia are obligate endosymbionts of insects which induce reproductive anomalies in invertebrates. Wolbachia species can interact with their insect hosts in a mutualistic or parasitic manner, and their role during the sexual differentiation of hosts has been widely studied. To
Purpose&contents
Wolbachia are obligate endosymbionts of insects which induce reproductive anomalies in invertebrates. Wolbachia species can interact with their insect hosts in a mutualistic or parasitic manner, and their role during the sexual differentiation of hosts has been widely studied. To improve MLST-based screening methods for multiple Wolbachia infection, NGS-MLST has been established in this study. Based on the screening results, to reveal the parthenogenesis-inducing mechanism in Wolbachia, genomics and transcriptomic analyses of Wolbachia have been conducted. Small brown planthopper, Laodelphax striatellus, an important pest in agriculture, was selected as a model organism.
Result
NGS-MLST has been successfully established and applied diverse insect species. The newly developed MLST method showed higher sensitivity than classical cloning and Sanger sequencing based method. The pyrosequencing results revealed that the brown small planthopper, Laodelphax striatellus, is infected with a single strain of Wolbachia. Thus, the genome of Wolbachia wStri infecting the L. striatellus, were sequenced, assembled, and annotated. The genome size of wStri was 1,232,346 bp in length, revealing 1,154 open reading frames, 37tRNA coding gens, and a single set of rRNA genes (one each of 5S, 23S, 16S). wStri genome showed high syntenic conservation with wPipPel (supergoup B). The expression level of Wolbachia genes, which thought to be involved in host-microbe interaction, was also determined through RNA-seq. Three developmental stages (eggs, nymphs, and adults) of L. striatellus was compared in the gene expression profile. The Illumina sequencing resulted 1.04 million Wolbachia-originated reads per sample. The highly and differentially expressed genes depending on developmental stages were listed up including hypothetical protein WSTR_01295, chaperones, and membrane proteins.
Expected Contribution
Wolbachia could be used in a variety of ways for pest control strategies. In many insects, Wolbachia found to suppress vector-borne disease by suppressing viral transmission and invading host populations. The result of this study will shed light on the interactions between host and the symbiont at the genetic level, and will be used as a basic data for biological control of harmful insect.
(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 ... 10
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 30
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 31
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 31
- 7. 참고문헌 ... 32
- 8. 연구성과 ... 37
- 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 40
- 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 40
- 11. 기타사항 ... 40
- 끝페이지 ... 40
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