◇ 2분과 : 잣나무 엽록체 Simple Sequence Repeat 표지자 개발 및 특성 분석

이제완 ( Jei Wan Lee ),백승훈 ( Seung Hoon Baek ),홍경낙 ( Kyung Nak Hong ),홍용표 ( Yong Pyo Hong ),이석우 ( Seok Woo Lee ),안지영 ( Ji Young Ahn ) 한국임학회 2015 한국산림과학회지 Vol.104 No.4

본 연구에서는 잣나무 엽록체 DNA의 전체 염기서열을 기반으로 엽록체 SSR(chloroplast simple sequence repeat) 영역을 특이적으로 증폭하는 primer를 개발하고 그 특성을 분석하였다. 잣나무 엽록체 DNA에서 총 30개의 SSR 영역을 탐색하였으며, 이들 영역을 증폭하기 위한 30개의 primer를 제작하였다. 모든 primer가 잣나무를 대상으로 PCR 증폭이 가능하였다. 근연종에 대한 primer의 종간 전환률은 잣나무와 동일한 아속(Subgenus Strobus)에 속하는 눈잣나무(100%)와 섬잣나무(97%)에서 가장 높게 나타났다. 반면 소나무아속(Subgenus Pinus)에 속하는 소나무와 구주소나무에서의 종간 전환률은 73%로 비교적 낮게 나타났다. 점봉산 잣나무 집단을 대상으로 조사한 결과 13개의 유전자좌에서 다형성이 관찰되었으며, 평균 haploid 다양도(H)는 0.512로 계산되었다. 다형적 유전자좌로부터 조합된 haplotype의 수(N)는 25개로 확인되었고, haplotype 다양도(He)는 0.992로 매우 높게 나타났다. 집단내 독특하게 관찰되는 haplotype은 22개(88%)로 전체 28개체 중에서 22개체(79%)를 식별하였다. 본 연구에서 개발한 cpSSR primer는 높은 종간 전환률을 나타냄에 따라 소나무속의 근연종, 특히 잣나무아속 수종에 활용 가능성이 높고, 잣나무 유전변 이 분석을 위한 충분한 다형성을 제공하는 유용한 표지자로 판단된다. Novel cpSSR primers were developed based on the sequence information of the Pinus koraiensis chloroplast genome. A total of 30 cpSSR loci were detected in the chloroplast genome, and a total of 30 primer sets flanking those loci were designed. All primer sets were successfully amplified for chloroplast DNA in P. koraiensis. The cross-species transferability of the 30 primer sets was considerably high in P. pumila (100%) and P. paviflora (97%) belonging to the same Subgenus (Strobus) of P. koraiensis. Meanwhile, the transferability was relatively low (73%) in P. densiflora and P. sylvestris belonging to Subgenus Pinus. A total of 13 cpSSR loci out of the 30 loci were polymorphic in the Mt. Jumbong population of P. koraiensis. The mean of haploid diversity(H) was 0.512. The number of haplotypes(N) and the haplotype diversity(He) were 25 and 0.992, respectively. Of the 25 haplotypes, 22 were unique in the analyzed population. The unique haplotypes differentiated 22 individuals (79%) from the total of 28 individuals. In conclusion, the novel cpSSR primers developed in this study would be applicable to other Pinus species, especially the subgenus Strobus, and provide a high level of polymorphism for the study of genetic variation of P. koraiensis.

황벽나무 자연집단의 유전다양성 및 유전구조 분석

이제완(Jei-Wan Lee),홍경낙(Kyung-Nak Hong) 한국산림휴양복지학회 2013 한국산림휴양학회 학술발표회 자료집 Vol.2013 No.4

학술연구논문 구두발표 2 : 황벽나무 자연집단의 유전다양성 및 유전구조 분석

이제완 ( Jei Wan Lee ),홍경낙 ( Kyung Nak Hong ) 한국임학회 2013 산림과학 공동학술대회 논문집 Vol.2013 No.-

2분과 : 황벽나무 자연집단의 유전다양성 및 유전구조 분석

이제완 ( Jei Wan Lee ),홍경낙 ( Kyung Nak Hong ),강진택 ( Jin Taek Kang ) 한국임학회 2014 한국산림과학회지 Vol.103 No.1

본 연구는 ISSR 표지자를 이용하여 국내 분포하는 황벽나무 7개 집단의 유전다양성과 유전구조를 분석하였다. 6개의 ISSR primer를 이용하여 분석한 결과 primer 당 평균 4.5개의 다형성 band를 확인하였고, 각집단의 다형성 유전자좌의 비율은 평균 78.8%로 나타났다. Shannon의 유전다양성 지수(I)는 0.421로 나타났고, 이형접합체 기대치(He)는 평균 0.285로 베이즈 방법을 이용한 평균 이형접합체 기대치(hs=0.287)와 유사하였다. AMOVA에서 전체 유전변이의 92.4%가 집단내 개체간 차이에 기인하며, 7.6%는 집단간 차이에 기인하였다. 베이즈 방법을 이용한 유전분화(θII)는 0.066으로 추정되었으며, 전체 집단의 근친교배율(f)은 0.479로 계산되었다. 유연관계 분석과 베이즈 군집분석결과 우리나라 황벽나무 집단은 가평, 화천, 봉평, 용평이 하나의 군집을 형성하였고, 산청 지역의 2개 집단(삼장 및 시천)이 다른 하나의 군집을 형성하였으며, 무주 집단이 산청지역의 집단과 지리적으로 근접함에도 불구하고 독립적인 군집을 나타내었다. Mantel’s test 결과 집단간 유전적 유연관계와 지리적 분포의 상관성은 나타나지 않았다. 황벽나무의 유전자원보존을 위한 대상 집단 선정 시 생태적 및 생활사적 특징과 함께 본 연구결과에서 나타난 유전다양성과 군집구조 분석결과를 고려하는 것이 효과적일 것으로 사료된다. Genetic diversity and genetic structures were estimated in seven natural populations of Phellodendronamurense Rupr in South Korea using ISSR markers. The average of polymorphic loci per primer and the proportion of polymorphic loci per population were 4.5 and 78.8% respectively with total 27 polymorphic loci from 6 ISSR primers. The Shannon`s diversity index(I) was 0.421 and the expected heterozygosity(He)was 0.285, which was similar to the heterozygosity (hs = 0.287) inferred by Bayesian method. In AMOVA,7.6% of total genetic variation in the populations was resulted from the genetic difference among populationsand the other 92.4% was resulted from the difference among individuals within populations. Genetic differentiation(θII) and inbreeding coefficient(f) for total population were estimated to be 0.066 and 0.479 by Bayesian method respectively. In Bayesian clustering analysis, seven populations were assigned into three groups. This result was similar to the results of genetic relationships by UPGMA and PCA. The first groupincluded Hwachoen, Gapyeong, Bongpyeong and Yongpyeong population, and the second included two populations in Sancheong region. Muju population was discretely assigned into the third group in spite of thegeographically short distance from the Sancheong region. There was no significant correlation between genetic relationship and geographic distribution among populations in Mantel`s test. For conservation of thephellodendron trees, it would be effective to consider the findings resulted from this study with ecological traits and life histories of this species.

Microsatellite marker를 이용하여 송이감염묘로부터 발생한 송이 확인

가강현 ( Kang-hyeon Ka ),김희수 ( Hee-su Kim ),이제완 ( Jei-wan Lee ),장영선 ( Yeongseon Jang ),유림 ( Rhim Ryoo ) 한국균학회 2021 韓國菌學會誌 Vol.49 No.4

송이는 상업적으로 중요한 야생 식용 버섯이다. 현재까지 송이 재배는 송이감염묘를 이용한 것이 유일한 방법이다. 2020년 송이감염묘로부터 21개의 송이가 홍천 송이시험지에서 발생하였다. 송이감염묘 생산지역의 송이와 이식한 송이감염묘로부터 발생한 송이는 모니터링을 통해 확인하였고, 13개의 microsatellite 마커를 이용하여 분석한 결과 동일한 것이 확인되었다. 송이감염묘는 송이균환 형성과 송이 발생에 성공하였고, 송이발생은 2010년과 2017년부터 2020년까지 발생하였다. 결론적으로 송이 버섯발생은 송이감염묘의 송이균에서 기원한 것이다. Tricholoma matsutake is commercially important wild edible mushroom. The only method for cultivation of T. matsutake has been to use matsutake-infected pine trees. In this study, twenty-one fruiting bodies were collected from the matsutake-infected pine trees in the Hongcheon experimental site in 2020. The fruiting bodies from the existing production area of matsutake-infected pine tree and from its transplantation site were found to be identical through monitoring and analysis of 13 microsatellite markers. Transplanted matsutake-infected pine trees succeeded in fairy-ring formation and matsutake fruiting in 2010 and 2017 to 2020. In conclusion, the matsutake mycelium of transplanted matsutake-infected pine tree originates from the existing matsutake-infected pine tree production.

AFLP 마커를 이용한 소규모 사시나무림의 공간적 유전구조 구명

이민우 ( Min Woo Lee ),홍경낙 ( Kyung Nak Hong ),박유진 ( Yu Jin Park ),이제완 ( Jei Wan Lee ),임효인 ( Hyo In Lim ) 한국임학회 2016 한국산림과학회지 Vol.105 No.3

변화하는 자연환경에서 식물이 생존하기 위해서는 적절한 유전다양성을 유지할 뿐 아니라 지역적응성을 갖추어야 세대를 성공적으로 이어나갈 수 있다. 만약 유전다양성이 급격히 감소하게 된다면 집단이 쇠퇴하고 소멸 위험성이 커지게 된다. 본 연구는 주변 집단으로 부터 화분이나 종자의 유입이 어려운 소규모 사시나무 집단의 유전구조를 구명하였다. 월악산 미륵리의 사시나무림은 전체 분포면적 14,000 m²에 성목은 350개체로 추정되며, 임분내에 설정한 70 m×70 m 조사구에 출현하는 123개체 중 61개체를 대상으로 AFLP 마커를 이용하여 유전변이를 분석하였다. 조사구내 사시나무의 수령은 평균 16년 최고 32년생이었으며, 개체의 공간적 분포는 약한 밀집 형태를 이루고 있었다. AFLP primer 6조합에서 196개 증폭산물을 확인하였으며, 이 중 151개는 다형성을 보였다. primer 조합당평균 유전자좌수는 32.7(표준편차=7.2), 이형접합도 기대치(H_e)는 0.154, Shannon의 다양성 지수(S.I.)는 0.254로 나타나서, 월악산 사시나무는 우리나라 사시나무 집단 평균에 비하여 매우 낮은 유전다양성을 갖고 있는 것으로 나타났다. 공간적 유전구조는 24 m 이내에서 분포하는 개체들 간에 유전적 유사성이 나타났으며, 소규모 면적과 고립된 분포지 특성으로 인하여 비교적 작은 유전군락이 형성된 것으로 생각된다. A locally adapted plant population under harsh environmental changes might survive for a long generation through maintaining proper level of genetic diversity. When it happens losing the genetic diversity too much fast, the population could be declining and probably become extinct. An isolated small population of Populus davidiana was investigated to study out the genetic diversity and the fine-scale spatial genetic structure. The estimated number of adult trees in the population of Mt. Worak, South Korea, was 350 in the total area of 14,000 m². The number of adults in a study plot (70 m×70 m) was 123. The average age was 16-year-old and a 32-year-old tree was the oldest. The distribution of individuals was slightly aggregated in the plot. Sixtyone among the 123 individuals were randomly sampled to estimate genetic variation using AFLP markers. One hundred fifty-one (77%) of total 196 amplicons were polymorphic from six AFLP primer combinations. The average number of loci per primer combination was 32.7 (S.D.=7.2). Expected heterozygosity (H_e) and Shannon’s diversity index (S.I.) were 0.154 and 0.254, respectively. These values were extremely lower than those of other P. davidiana populations in South Korea. Genetic patchiness was showed within 21 meters by spatial autocorrelation analysis and the isolated small size of population might be mainly attributed to the formation of such small patch size.

임목개량 60년 : 성과와 전망

이석우(Seok-Woo Lee),김인식(In-Sik Kim),이제완(Jei-Wan Lee),최영임(Young-Im Choi),이욱(Uk Lee) 한국육종학회 2020 한국육종학회지 Vol.52 No.S

Forest tree improvement is relatively a young science and its purpose is to provide guidance for the conservation, management and sustainable utilization of genetic resources of natural and managed forests. In South Korea, forest tree improvement programs started in 1956. The programs had two main aims: to guarantee the genetic origin of the forest reproductive materials used in afforestation and reforestation, and to develop genetically improved individuals and varieties of some commercially important trees. Since the launch of the forest tree improvement programs, biomass production has been the major improvement target, together with overall adaptability to different sites. Further improvement targets have recently been added, including wood quality traits, and more specific targets linked to adaptation to abiotic and biotic factors in response to new socioeconomic needs and global changes. Additionally, since the early 1970s, forest genetic resource conservation and forest fruit and nut tree breeding have progressed in South Korea. Molecular breeding techniques based on omics information are being developed to enhance the efficacy of selection and to accelerate forest tree breeding cycles. Genetic engineering, including gene editing, has also been applied, but is currently limited to research purposes. Forest tree improvement will be an integral part of the bioeconomy in securing the production of good quality raw materials in large quantities, and will play a significant role in sequestering carbon dioxide and decelerating climate change in the long term.

◇ 2분과 : 소나무 천연갱신림내 성목과 치수의 유전변이 비교

안지영 ( Ji Young Ahn ),이제완 ( Jei Wan Lee ),이석우 ( Seok Woo Lee ),백승훈 ( Seung Hoon Baek ),임효인 ( Hyo In Lim ),김현섭 ( Hyun Seop Kim ) 한국임학회 2015 한국산림과학회지 Vol.104 No.4

단목모수, 군상모수, 군상개벌, 대상개벌 등의 천연갱신 방법이 적용된 소나무림의 nSSR 유전변이를 조사하였다. 작업(벌채) 전 성목과 작업 후 임내에서 자연 발생한 1년생 치수들의 유전다양성을 비교한 결과 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며(성목: A=13.4; Ae=4.3; Ho=0.596; He=0.598, 치수: A=13.6; Ae=4.3; Ho=0.571; He=0.597), 각각의 작업종에서도 통계적으로 유의한 차이를 발견할 수 없었다. 성목과 치수의 유전분화 정도는 매우 낮은 것으로 나타났으며(FST=0.002), 각 작업종별 유전분화 정도 역시 낮은 값(FST 0.01)을 보여 작업 전, 후 임분의 유전구조 변화는 크지 않은 것으로 추정되었다. 결과적으로 본 연구가 수행된 소나무 임분의 경우 유전다양성과 유전적 조성 변화에 미치는 천연갱신 작업종의 효과가 두드러지지 않은 것으로 나타났다. 그러나, 천연갱신 작업종이 유전변화에 미치는 영향을 보다 정확하게 평가하기 위해서는 작업 후 남겨진 개체(모수)의 교배로부터 발생한 치수들의 시계열적 유전변이와 유전구조 변화를 지속적으로 추정할 필요가 있는 것으로 판단된다. We studied the genetic impact of natural regeneration practices, such as Single seed tree, Group seed tree, Patch clear cutting and Alternate strip clear cutting systems, by comparing the nuclear microsatellite(nSSR) variation of post-practice natural regeneration one-year old seedlings of Pinus densiflora to that of pre-practice mature trees. The levels of genetic diversity of seedlings (A=13.6, Ae=4.3, Ho=0.571, He=0.597) were similar to those of mature trees (A=13.4, Ae=4.3, Ho=0.596, He=0.598) and the differences in the level of genetic diversity between seedlings and mature trees for each of the practices were not statistically significant. The degree of genetic differentiation between seedlings and mature trees was very low (FST=0.002) and the pairwise FST values between seedlings and mature trees for all practices were less than 0.01. Overall, the natural regeneration practices appeared to have only minor impacts on the genetic diversity and the genetic composition in the studied P. densiflora stands. For a better understanding of the genetic effects of natural regeneration practices, subsequent studies such as temporal genetic variation of seedlings formed by crossing among post-practice mature trees should be considered.

Multiplex PCR을 이용한 은행나무 수나무 식별용 SCAR 마커 개발

홍용표 ( Yong-pyo Hong ),이제완 ( Jei-wan Lee ) 한국임학회 2016 한국산림과학회지 Vol.105 No.4

은행나무는 이식성이 좋고 열악한 환경에서도 잘 자라기 때문에 도심 가로수나 조경수로 매우 적합한 수종이다. 은행나무는 암수딴그루 식물로 수나무와 암나무의 생식기관(수꽃과 암꽃)의 비교를 통하여 성을 식별할 수 있으나, 꽃이 달리기까지 약 20년 이상이 필요하다. 가로수용 은행나무는 주로 꽃이 생성되기 이전에 식재되기 때문에 암나무와 수나무 구분 없이 가로수로 식재되어왔다. 가로수로 식재된 암나무에서 열리는 은행나무 열매는 악취를 발산하고 거리 오염을 야기하고 있다. 따라서 본 연구에서는 유시에 수나무를 선별하기 위하여 기존에 보고된 수나무특이 RAPD 변이체의 염기서열을 기반으로 수나무에서만 675 bp의 PCR 산물을 증폭하는 SCAR 마커(SCAR-GBM)를 개발하였다. SCAR-GBM 마커의 우성 마커 특성에 기인한 위음성(false-negative)문제를 해결하고 식별 효율을 향상시키기 위하여 SCAR-GBM 마커와 mtDNA의 atp1 영역을 증폭하는 범용 프라이머를 동시에 적용하는 multiplexPCR을 이용하였다. 그 결과 암나무와 수나무에서 공히 atp1 영역에 해당하는 1,039 bp의 PCR 산물이 증폭되었으며, 수나무에서만 특이적으로 SCAR-GBM 마커가 증폭되었다. 전국 8개 지역에서 채취된 암나무와 수나무 각 80개체에 대한 분석을 통하여 SCAR-GBM 마커와 multiplex PCR 방법의 재현성이 확인되었다. Ginkgo (Ginkgo biloba L.) is one of the most appropriate roadside trees because of a good transplantation nature and ability to grow well in urban environment. Ginkgo is a dioecious species. Sex discrimination of ginkgo is possible through comparing morphological characters of reproductive organs. However, it needs more than about twenty years for reproductive organs to appear after sexual maturity. Until now, ginkgo trees for roadside plantation have been planted without discriminating the sex because ginkgo trees have been usually planted before sexual maturity. Ginkgo nuts from the female ginkgo trees planted along the roadside emit a foul odor, and make much pollution on the streets. Thus in this study a novel SCAR marker (SCAR-GBM) for the early sex discrimination was developed. Primers were developed on the basis of the sequence of male-specific RAPD variants reported previously. False-negative problem of SCAR marker, probably caused by dominant nature, was resolved by using multiplex PCR using primers of both the SCAR-GBM and a universal primer set of atp1 region in mitochondria DNA, which resulted in improved discrimination efficiency. The results showed that DNA bands of 1,039 bp were commonly amplified by the atp1 primer set in male and female trees, and SCAR-GBM markers of 675 bp were specifically amplified only in male trees. Reproducible and specific discrimination of the multiplex PCR was finally confirmed by applying multiple male and female individuals.

차세대 염기서열 분석을 이용한 굴참나무(Quercus variabilis)의 microsatellite 마커 개발 및 특성 분석

백승훈 ( Seung Hoon Baek ),이제완 ( Jei Wan Lee ),홍경낙 ( Kyung Nak Hong ),이석우 ( Seok Woo Lee ),안지영 ( Ji Young Ahn ),이민우 ( Min Woo Lee ) 한국임학회 2016 한국산림과학회지 Vol.105 No.2

본 연구는 차세대 염기서열 분석방법을 이용하여 굴참나무의 microsatellite 마커를 개발하고 특성을 분석하기 위해 수행되었다. GS-FLX Titanium 차세대 염기서열 분석 장비를 이용하여 305,771개의 read를 얻었고, 117 Mbp의 데이터를 생산하였다. De novo assembly를 통하여 7,326개의 contig를 확보하였다. 크기가 500 bp 이상이 되는 contig는 2,921개로 나타났다. 그 중 microsatellite 영역을 포함하는 contig는 606개(20.75%)로 나타났으며, 총 microsatellite의 수는 911개로 확인되었다. 그 중 13개의 microsatellite 유전자좌에서 굴참나무 개체 간 다형성이 관찰 되었다. 이들 microsatellite 유전자좌에 대하여 주왕산 집단에서 관찰된 유효 대립유전자수(Ae)는 평균 4.966(2.439~7.515) 로 나타났다. 평균 이형접합도 관측치(Ho)와 평균 이형접합도 기대치(He)는 각각 0.873(0.731~1.000)과 0.766(0.590~0.867) 으로 나타났다. 다형성이 관찰된 모든 microsatellite 유전자좌에서 null 대립유전자는 관찰되지 않았으며, 마커 간 연 관불평형은 나타나지 않았다. 따라서 본 연구에서 개발된 13개의 microsatellite 마커는 굴참나무 집단의 유전변이 분 석에 유용할 것으로 사료된다. This study was conducted to develop microsatellite markers in Quercus variabilis using next generation sequencing. A total of 305,771 reads (384 bp on average) were generated on a Roche GS-FLX system, yielding 117 Mbp of sequences. The de novo assembly resulted in 7,346 contigs. A total of 606 contigs (20.75%) including 911 microsatellite loci were derived from the 2,921 contigs longer than 500 bp. A total of 180 primer sets were designed from the 911 microsatellite loci and screened in eight Q. variabilis individual trees sampled from a natural stand to obtain polymorphic loci. As a result, a total of thirteen polymorphic microsatellite loci were selected and used for estimating population genetic parameters in the 54 individual trees. The mean number of effective alleles was 4.996 ranging from 2.439 to 7.515. The observed heterozygosity and the expected heterozygosity ranged between 0.731 and 1.000 with an average of 0.873 and from 0.590 to 0.867 with an average of 0.766, respectively. Null alleles were not detected in all loci. No significant linkage disequilibrium was detected after Bonferroni correction in all loci. In the near future, these novel polymorphic microsatellite markers will be used to study population and conservation genetics of Q. variabilis of Korea in more detail.