초록 ▼

연구의
목적 및 내용
○ 장미아과에 속한 배 유전체 서열을 분석하고 해독함. 장미아과에는 복숭아, 살구, 매화, 체리, 사과 등 항산화 과실수가 포함되어 있는데, 헤테로성이 높아서 Pseudomolecule 수준의 제놈 해독이 없었다. 장거리서열분석 및 LMP 라이브러리 활용, GBS 맵핑 활용 Pseudomolecule 수준의 제놈해독을 목표로 함.

○ 본 과제에서 해독하고자하는 원황배는 국립원예특작과학원에서 육성된 우리나라 조생종 품종으로서, 우리나라 배 재배면적 중 ‘신고’ 다음으로 많은 면적을 차지하고

연구의
목적 및 내용
○ 장미아과에 속한 배 유전체 서열을 분석하고 해독함. 장미아과에는 복숭아, 살구, 매화, 체리, 사과 등 항산화 과실수가 포함되어 있는데, 헤테로성이 높아서 Pseudomolecule 수준의 제놈 해독이 없었다. 장거리서열분석 및 LMP 라이브러리 활용, GBS 맵핑 활용 Pseudomolecule 수준의 제놈해독을 목표로 함.

○ 본 과제에서 해독하고자하는 원황배는 국립원예특작과학원에서 육성된 우리나라 조생종 품종으로서, 우리나라 배 재배면적 중 ‘신고’ 다음으로 많은 면적을 차지하고 있으며, 수출량 증가로 농가소득 기여도가 높은 품종임

○ 배 발현유전자 세트 제작 및 GO 분석
○ 약배양으로부터 동형 접합체 획득

연구개발성과
○ 원황배 유전체 조립을 위하여 PacBio RSII 시퀀싱과, 단거리서열 어셈블과 비교 분석하여, HaploMerger2 프로그램으로 9926개 컨티그를 작성하였고, 다양한 LMP 시퀀스 활용 2,221개 스캐폴드, 516Mb 유전체 크기를 작성하였다. 원황배 유전체 예측 크기의 96% 수준으로 해독하였다.

○ 스캐폴드 anchoring 등 배 유전체 조립지원을 위하여 유전집단 세 개를 활용하였다. 본 연구에서 해독하는 원황배와 서양의 바틀렛, 종간 교잡으로서 F1 94주와, 우리나라 미니배와 황금배, 대원홍과 만풍배 종내 교잡 F1 집단 등 두 개 집단의 맵핑정보를 연계하여 스캐폴드 맵핑을 추진하였다.

○ 배 제놈 소기관, 엽록체와 미토콘드리아 시퀀스를 조립하고, 그 시퀀스 특성을 분석하여 NCBI에 등록하고, 논문을 게재하였다.
* SCI 논문게재: Complete chloroplast genome sequences of Wonwhang
(Pyrus pyrifolia) and its phylogenetic analysis, 성과기여율 50%
* SCI 논문게재: The complete mitochondrial genome of Wonwhang
(Pyrus pyrifolia), 성과기여율 50%
* NCBI 유전자 배 엽록체 조립 등록: KY563267(원황) 등록
* 본과제에서 시퀀싱하여, 엽록체 염기서열분석하여 제놈 조립
NABIC 등록: 중국배 탕산수리 등 7종

○ 장미과는 원시 6배체화 이후 두 번의 전 제놈 중복을 통하여 장미과 원시 염색체 9개를 이루었고, 이 장미과 원시조상을 그대로 가진 딸기와 복숭아가 있고, 사과, 배는 배나무아과로 분류되면서 한 번의 중복을 다시 갖는 복잡한 구조를 가지고 있어서, GBS 맵핑 특성상 하나의 스캐폴드를 맵핑하는 SNP가 비슷한 중복시퀀스의 존재로서 여러개의 염색체 맵핑하게 된다.
이를 보정하기위하여 Hi-C를 분석하였고, Hi-C 맵핑과 GBS 맵핑을 연계하여 pseucomolecule 작성을 진행하고 있다.

○ 신고배와 원황배 엽록체에 있는 clpP 유전자의 In/del을 찾고, 배 우수품종 29종 및 사과 1종에 대한 시퀀스를 분석하여 모계품종 구분 마커를 개발
- 특허출원: 배 품종 식별용 조성물(clpP 유전자) 10-2917-0152285

○ 근연종과, 제1협동 RNA-seq 시퀀스 조립 근거로 1차 gene annotation을 추진하였고, 이 중 짧게 gene영역이 예측된 시퀀스를 보정하고자 매뉴얼 블라스트를 추진하여 총 41,930개 유전자를 결정하였다. isoform 유전자 포함하여 43,533개 유전자를 결정하였고, 이 들 유전자 세트를 활용하여 중국배, 사과, Medicago, 포플라, 파파야, 애기장대 및 장미과 out-group 대표종인 포도 제놈과 원황배 제놈 비교유전 분석을 수행하였다.

○ ‘원황’ 및 유전집단의 수체 및 솨실의 연차별 특성 평가
* 비 SCI 논문게재: : 배 ‘원황’의 재분화와 발근에 미치는 식물생장 조절물질과 탄소원의 영향(J. Plant Biotechnol. 2016, 43:421-426)
- 배 ‘원황’의 효율적인 재분화 조건을 규명하고, 식물생장조절물질이 ‘원황’의 발근에 미치는 영향을 알아보기 위하여 다양한 배지조성 탐색하여, 조건 확립 특허 출원
* 특허출원 : 원황 배 발근용 배지(출원번호 10-2016-0150866)
- 본 발명은 LS 배지, NAA, IBA, 탄소공급운, 겔화제 및 증류수를 포함하는 발근용 배지를 이용한 원황 배 발근 유도 방법에 관한것임.
* 생물자원등록·기탁 : 배 유전자원을 수집 정리하면서 신규 생물자원 17건을 유전자원센터에 등록 및 기탁하였음
○ 배 발현유전자 세트 제작 및 GO 분석
- 기관별 DEG 분석을 통한 특이 유전자 발굴
- 배 3 품종의 과실 발달 단계별 특이유전자 탐색
○ 학술발표 및 논문 작성: Transcriptomic profiling of pear cultivars during development and maturation by RNA-seq (Plant Biology, 2017, 300-113)
○ 배 약배양에서 캘러스 생성 조건 탐색
* 논문게재: 배 6품종의 약배양에서 저온처리가 캘러스 형성에 미치는 영향(J. Ecology & Env. Sci. 2014, 6:41-45)
- 본 연구는 6개 품종으로부터 약배양을 통해 화분과 약벽으로부터 배지 조성에 따른 캘러스 형성률을 조사하여 배 약배양의 최적 조건을 규명하고자 함

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 동양배 유전체 해독정보는 중국배, 서양배, 사과 등 항산화가 높은 과수작목인 장미과 유전체 정보를 활용하여 우수한 유전자에 대한 직접적 확보 가능해짐
○ 유전체 해독으로 생산된 SSR 마커들과 QTL 정보 연계하여 분자육종시스템의 과수 도입을 리딩함
○ 배 품종 식별용 조성물(clpP 유전자)을 활용하여 우리나라 배 우수계통에 대한 육종 모계 구분하여 우수품종 육성에 대한 지표로 활용
○ 본 연구를 통해 생산된 배 발현 유전자 세트를 기반으로 표준유전체 구축하고 유전체 재분석을 통해서 농업적 주요형질에 대한 유용유전자 분석의 가속화

(출처 : 국문요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&Contents
○Pseudomolecule reference for pear(Pyrus pyrifolia) in Rosaceae.
There was no pseudomolecule reference in Rosaceae because they have genome heterosis inherent in fruit tree breeding. Rosaceae inclules antioxidant daily fruits such as peaches, strawberries, almonds, apples, ber

Purpose&Contents
○Pseudomolecule reference for pear(Pyrus pyrifolia) in Rosaceae.
There was no pseudomolecule reference in Rosaceae because they have genome heterosis inherent in fruit tree breeding. Rosaceae inclules antioxidant daily fruits such as peaches, strawberries, almonds, apples, berries, etc. as well as roses.
○ Construction of pear expression gene set and GO analysis
○ Acquisition of double haploid from anther culture

Results
○ (SCI) Complete chloroplast genome sequences of Wonwhang (Pyrus pyrifolia) and its phylogenetic analysis (Mithochondrial DNA part B:resources 2017, vol2 No1, 325-326)
○ (SCI) The complete mitochondrial genome of Wonwhang (Pyrus pyrifolia) (Mithochondrial DNA part B:resources 2017, vol2 No2, 902~903
○ (Patent) Distinguish for cultivar based on maternal line using clpP genes in chloroplast genome 10-2917-0152285
○ (NABIC resistration) Chuwhangbae chloroplast assemble sequence, NG-0640-000001 etc, seven

○ Assessment of yearly characteristics of pear trees and fruits of ‘Wonhwang’ and genetic group
* Paper publication : Effect of plant growth regulators and carbon source on the shoot regeneration and rooting of ‘Wonhwang’ pear (Pyrus pyrifolia L.) (J. Plant Biotechnol. 2016, 43:421-426)
- The aim of this research is to establish shoot regeneration system and efficient rooting condition for ‘Wonhwang’ pear (Pyrus pyrifolia L.) using various concentration and kinds of plant growth regulators.
* Patent : Medium for rooting of ‘Wonhwang’ pear (Application number 10-2016-0150866)
- The patent relates to a method of inducing rooting of ‘Wonhwang’ pear using LS medium, NAA, IBA, carbon source, gelling agent and distilled water.
* Plant germplasm registration·deposit
- 17 new pear germplasms were registered and deposited at the National Agrobiodiversity Center
◦ Construction of pear expression gene set and GO analysis
- Development of specific genes by DEG analysis of organs in pear
- Identification of specific genes by stage of fruit development in 3 pear cultivars
* Poster presentation : Transcriptomic profiling of pear cultivars during development and maturation by RNA-seq(Plant Biology, 2017, 300-113)
◦ Research of callus induction in pear anther culture
* Paper publication : Effect of low temperature pretreatment on callu formation in six pear cultivars
- This report describes the formation of callus from pollen and from anther wall tissue, differences in callus formation among six pear cultivars, and effects of different medium composition on callus formation.

Expected Contribution
○ Proving on oriental pear quality to publish of ‘Wonwhang’ genome assemble to higher impact factor journal.
○ Chloroplast-derived markers clpP gene utilization to pear cultivars

○ Support for SSR markers and related genes to breeding institute with sweetness, acid, and texture QTLs
◦ Constructed a standard pear genome based on gene expression set produced through this study and accelerated the development and analysis of useful genes for major agricultural traits through genome reanalysis

(출처 : Summary 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국 문 요 약 문 ... 4
• Summary ... 7
• 목차 ... 9
• 제 1 장 연구 개발 과제의 개요 ... 10
• 제1절 연구 개발 목적 ... 10
• 제2절 연구 개발의 필요성 ... 10
• 제3절 연구 개발 범위 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 제1절 국내 기술 수준 및 시장 현황 ... 14
• 제2절 국외 기술 수준 및 시장 현황 ... 14
• 제 3 장 연구 수행 내용 및 결과 ... 16
• 제1절 주요 결과 ... 16
• 제2절 연구 결과 ... 69
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 118
• 제1절 목표대비 달성도 ... 118
• 제2절 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 119
• 제 5 장 연구 결과의 활용 계획 ... 121
• 제 6 장 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 122
• 제 7 장 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 123
• 제 8 장 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 124
• 제 9 장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 125
• 제 10 장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 126
• 제 11 장 기타사항 ... 127
• 제 12 장 참고문헌 ... 128
• 끝페이지 ... 131