고온 스트레스 조건에서 대서, 홍산 품종의 내서성 후보 유전자 탐색 = Identification of Heat Tolerance Candidate Genes of ‘Daeseo’ and ‘Hongsan’ Cultivars under Heat Stress

국문 초록 (Abstract)

마늘(Allium sativum L.)은 백합과(Amaryllidaceae) 파속(Allium)에 속하는 인경채소로 국내에서 주요 조미채소로 활용되고 있다. 국내 재배 마늘은 크게 한지형과 난지형으로 구분되며, ‘단양’과 ‘의성’은 대표적인 한지형 품종이고 ‘남도’와 ‘대서’는 난지형 품종에 해당한다. 최근에는 한지형·난지형 재배가 모두 가능한 중간형 품종 ‘홍산’이 개발되면서 재배 면적이 증가하고 있다.
마늘은 고온에 민감한 작물로, 재배 기간 중 온도의 급격한 상승은 생육 저해, 수량 감소 및 품질 저하를 유발한다. 특히 여름철 고온은 광합성 저해, 엽록소 감소, 단백질 변성 등 생리적 스트레스를 야기하여 생육 장애를 초래한다. 최근 빈번해진 이상기상으로 인한 예측 불가능한 고온 현상은 마늘 재배 안정성을 위협하는 주요 요인으로 작용하고 있다.
본 연구는 고온 적응성이 높은 난지형 품종 ‘대서’와 전국 재배가 가능한 ‘홍산’의 잎 조직을 대상으로 내서성 관련 유전자 후보를 탐색하고, 향후 내서성 분자표지 개발 가능성을 평가하고자 수행되었다. 두 품종을 생육 적온(25℃)과 고온 조건(33, 38, 42, 45℃)에서 각각 2시간 처리한 후 25℃에서 24시간 회복시켰으며, 동일 처리를 총 7회 반복하였다. 처리 후 잎 조직을 채취하여 액체질소로 급속 냉동한 뒤 –80℃에서 보관하였으며, 이를 이용하여 total RNA를 추출하고 cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA는 BSA(Bulked Segregant Analysis)로 묶어 RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA) 분석의 주형(template)으로 사용하였고, Operon사, Bioneer사 및 Operon사 기반으로 주문 제작한 random primer를 이용하여 RAPD 분석을 수행하였다. 고온 처리구에서 특이적으로 발현된 밴드를 선발하여 gel extraction 및 TA-cloning을 수행한 뒤 plasmid를 추출하여 시퀀싱을 의뢰하였다. 확보된 염기서열을 바탕으로 내서성 관련 유전자 후보를 분석하였다.
본 연구에서 확보한 내서성 관련 염기서열은 마늘의 내서성 분자표지 개발 및 고온 스트레스 저항성 신품종 육성 연구의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Garlic (Allium sativum L.) is a bulbous vegetable belonging to the family Amaryllidaceae and the genus Allium, and is widely utilized as a major culinary crop in Korea. Cultivated garlic in Korea is largely classified into two ecotypes: northern-type and southern-type. ‘Danyang’ and ‘Uiseong’ are representative northern-type cultivars, whereas ‘Namdo’ and ‘Daeseo’ belong to the southern type. Recently, the intermediate-type cultivar ‘Hongsan’, which can be cultivated under both ecological conditions, has been developed and its cultivation area is expanding accordingly.  
Garlic is highly sensitive to high temperatures, and sudden increases in temperature during the growing season can lead to growth inhibition, yield reduction, and deterioration of bulb quality. In particular, excessive summer heat causes physiological stress—such as impaired photosynthesis, reduced chlorophyll content, and protein denaturation—which ultimately results in growth disorders. The increasing frequency and unpredictability of extreme heat events driven by recent abnormal climate patterns pose a significant threat to the stability of garlic production.  
This study aimed to identify candidate genes associated with heat tolerance using leaf tissues of the southern-type cultivar ‘Daeseo’, which exhibits relatively high heat adaptability, and the intermediate-type cultivar ‘Hongsan’, which is cultivated nationwide. Plants were subjected to optimal growth temperature (25°C) and high-temperature treatments (33, 38, 42, and 45°C) for 2 hours, followed by a 12-hour recovery period at 25°C. The experiment was performed with seven biological replicates. After treatment, leaf tissues were collected, rapidly frozen in liquid nitrogen, and stored at –80°C. Total RNA was extracted and used for cDNA synthesis. The synthesized cDNA was pooled following the Bulked Segregant Analysis (BSA) approach, and RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) analysis was performed using commercial random primers from Operon and Bioneer, as well as custom-designed primers. DNA bands specifically amplified in the high-temperature treated samples were excised, purified, and subjected to TA cloning. Plasmids were extracted and sequenced, and the obtained sequences were analyzed to identify potential heat-tolerance–related gene candidates.  
The heat-responsive sequences identified in this study are expected to serve as foundational resources for the development of molecular markers associated with heat tolerance in garlic, and to contribute to future breeding programs aimed at enhancing high-temperature stress resistance.

목차 (Table of Contents)

• <목 차>
• 목차 ⅰ
• LIST OF TABLES ⅱ
• LIST OF FIGURES ⅲ
• 국문 초록 ⅶ
• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 재료 및 방법 6
• 2.1 공시 품종 및 total RNA 추출 6
• 2.2 RAPD PCR 7
• 2.3 Gel Prep 및 Cloning 12
• 2.4 분석 15
• Ⅲ. 결과 및 고찰 17
• 3.1 RAPD 17
• 3.2 Cloning 47
• 3.3 염기서열 분석 51
• 3.4 단백질 분석 54
• 3.5 SCAR primer 58
• Ⅳ. 참고문헌 61
• Abstract 66
• 감사의 글 68