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GWAS 분석을 이용한 벼 지엽각 관련 SNP 동정 및 발현 분석
김미선,유의수,강권규,조용구,Kim, Me-Sun,Yu, Yeisoo,Kang, Kwon-Kyoo,Cho, Yong-Gu 한국식물생명공학회 2018 식물생명공학회지 Vol.45 No.1
This study was conducted to investigate a morphological trait in 294 rice accessions including Korean breeding lines. We also carried out a genome-wide association study (GWAS) to detect significant single nucleotide polymorphism markers and candidate genes affecting major agronomic traits. A Manhattan plot analysis of GWAS using morphological traits showed that phenotypic and statistical significance was associated with a chromosome in each group. The significance of SNPs that were detected in this study was investigated by comparing them with those found previously studied QTL regions related to agronomic traits. As a result, SNP (S8-19815442), which is significant with regard to leaf angle, was located in the known QTL regions. To observe gene mutations related to leaf angle in a candidate gene, Os08g31950, its sequences were compared with sequences in previously selected rice varieties. In Os08g31950, a single nucleotide mutation occurred in one region. To compare relative RNA expression levels of candidate gene Os08g31950, obtained from GWAS analysis of 294 rice accessions and related to lateral leaf angle, we investigated relative levels by selecting 10 erect leaf angle varieties and 10 horizontal leaf angle varieties and examining real-time PCR. In Os08g31950, a high level of expression and various expression patterns were observed in all tissues. Also, Os08g31950 showed higher expression levels in the erect leaf angle variety group and higher expression rates in the leaf than in the root. The candidate gene detected through GWAS would be useful in developing new rice varieties with improved yield potential through future molecular breeding. 본 연구에서는 국내외에서 수집한 벼 294개 유전자원 핵심집단을 대상으로 벼의 지엽각 특성에 대한 조사를 수행하였고, GWAS를 이용하여 지엽각 연관 유전자를 추출 및 분석하였다. 표현형 데이터를 이용한 GWAS의 Manhattan plot 결과 분석을 통해, 각 집단에서 염색체를 대상으로 표현형과 통계적 유의성을 나타내 연관성을 보이는 SNP를 발굴하였다. 지엽각 관련 특성에 대하여 선행 연구된 QTL region과의 비교를 통하여 본 연구에서 발굴된 SNP간의 유의성을 조사한 결과, 지엽각과 유의성이 있는 SNP (S8-19815442)가 이미 확인된 QTL region에 위치하는 것으로 나타났으며, 후보유전자 Os08g31950 대해 연관 유전자 변이를 관찰하기 위해서 형질 특이적 품종군 간의 염기서열을 비교한 결과 1개의 지역에서 단일염기변이가 검출되었다. Os08g31950의 조직별 RNA의 상대적 발현량 수준을 비교한 결과, Os08g31950 유전자는 모든 조직에서 높은 발현량을 확인할 수 있었으며 조직별로 다양한 발현 양상을 관찰할 수 있었다. 또한, 모두 직립형 품종군에서 상대적으로 발현량이 높게 나타났으며 뿌리보다 잎에서의 발현율이 높게 나타났다. 본 연구를 통해 동정된 지엽각 연관 후보유전자 Os08g31950는 벼 생육 및 수량 증대에 이용할 수 있는 마커제작 및 육종의 기초자료가 될 것으로 기대된다.
애호박(C. moschata)에서 흰가루병 저항성에 대한 QTL 분석 및 연관 분자표지 개발
박범석(Beom-Seok Park),장시영(Siyoung Jang),유의수(Yeisoo Yu),최경자(Gyung Ja Choi),강병철(Byoung-Cheorl Kang),서상기(SangKi Seo) 한국원예학회 2020 원예과학기술지 Vol.38 No.5
이 연구에서는 우리나라의 중요 박과 작물인 애호박(동양계 호박, Cucurbita moschata)의 재배와 생산에 큰 피해를 주는 흰가루병(Podosphaera xanthii)의 저항성 유전자좌를 연구하였다. 홍익바이오(주)의 애호박 육종 소재 중에서 흰가루병 감수성 계통(TG201, ♀)과 저항성 계통(TG10, ♂)을 선정하고, 교배를 통하여 F2 집단을 만들었다. 그 중에 204개체를 대상으로 흰가루병 검정, GBS(genotyping-by-sequencing) 분석, SNP 유전지도 작성, QTL 분석을 수행하였다. 흰가루병 저항성 유전자좌는 TG10의 염색체 3번의 6.9 ‑ 7.3Mb 부분에 매핑되었다. 그리고 양친 유전체의 이 400kb 영역 내의 DNA 삽입/결실(indel)을 조사하고 7세트의 PCR 분자표지를 제작하였으며 F2 개체, 육종 소재 및 시판 품종을 대상으로 그 유효성을 검증하였다. 또한 실험에 사용된 애호박 양친의 유전체 염기서열 정보를 생산하고 해독하여 단일염기다형성(SNP) 분석을 수행하였다. 흰가루병 저항성 애호박 품종 육성 가계에 근거한 비교유전체 분석을 통하여 TG10이 갖고 있는 흰가루병 저항성 유전자좌 영역은 C. okeechobeensis subsp. martinezii로부터 이입된 염색체 토막의 일부임을 밝혔다. 본 연구에서 생산된 애호박 유전체 정보와 SNP 변이 데이터, 흰가루병 저항성 유전자좌 정보와 indel PCR 분자표지는 박과 식물의 연구와 개발에 유용하게 이용 될 것으로 기대된다. Cucurbita moschata, an economically and nutritionally important vegetable in Korea, is seriously damaged in fruit quality and productivity by powdery mildew fungus (Podosphaera xanthii). To understand genetic bases of the powdery mildew disease resistance, an F2 population was developed from a cross between TG201 (C. moschata, susceptible, female parent) and TG10 (resistant, male parent) heirloom from Hongikbio Inc. Randomly selected 204 F2 individuals were assayed against powdery mildew pathogen, and construction of genetic map and QTL analysis were conducted using SNPs derived from genotyping-by-sequencing (GBS) method. The single major QTL was located in 6.9 ‑ 7.3 Mb region of TG10 chromosome 3. Within the 400 kb region, we investigated DNA insertion and deletion (indel) variations between TG201 and TG10 genome, and successfully designed seven sets of indel PCR markers. The functional validity of the powdery mildew resistance markers was confirmed with F2 individuals, breeding lines, and commercial varieties. From genomic sequence comparison on the basis of the breeding history, we also could clarify that the powdery mildew resistance region was introduced from C. okeechobeensis subsp. martinezii to C. moschata. Moreover, whole genome assemblies of two heirloom parents and genome-wide SNP/indel information were produced and are expected to be utilized as a genome resource for study of genus Cucurbita. The results and information of this study will be useful for genetics researches and breeding practices of C. moschata.