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        당근(Daucus carota var. sativa) 종자모 형질 관련 RAPD-SCAR 분자표지 개발

        심은조(Eun-Jo Shim),박성관(Sung-Kwan Park),오규동(Gyu-Dong Oh),전상진(Sang-Jin Jun),박영두(Young-Doo Park) 한국원예학회 2013 원예과학기술지 Vol.31 No.6

        당근의 기계적인 제모 시 발생하는 종자의 손실과 발아 시의 문제점을 개선한, 고품질의 당근 종자 생산을 위한 단모종자 당근 품종 육성에 이용할 분자표지를 개발하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 2008년도부터 2013년도까지 단모종자 표현형 CT-SMR 616 OP 389-1 개체와 장모종자 표현형 CT-SMR 616-33 개체를 자가수분하여 세대 진전된 당근 계통들을 종자모 형질 관련 RAPD-SCAR 분자표지를 개발하는데 이용하였다. 이들 계통의 종자모 길이를 현미경을 이용하여 분석하였으며, 분석된 결과를 바탕으로 계통을 세대진전 시켜, 분자표지 다형성과도 비교분석 하였다. 분자 표지 개발을 위하여 세대가 고정되었다고 판단되는 2011년 계통을 대상으로 80개의 random primer를 이용한 RAPD 분석을 통해 12개의 개체간 뚜렷한 차이를 보이는 종자모 형질 관련 특이적 band를 확인하였다. RAPDSCAR 분자표지 개발을 위해 확인된 이들 특이적 band의 염기서열 분석을 통해 SCAR primer를 작성하였으며 각 SCAR primer는 24-28mer 크기로 3조합 이상 작성하였다. 분석 결과 작성된 SCAR primer 중 SCA21.2가 단모종자 표현형 계통에서만 특이적으로 증폭되는 것을 확인하였다. 이 SCA21.2 분자표지의 정확성을 검증하기 위해 2012년도 계통과 2013년도 계통을 이용하여 재검증하였으며, 그 결과 개발된 SCAR 분자표지는 단모종자와 장모종자 계통을 구분할 수 있는 충분한 다형성을 제공하였다. 따라서 본 연구에서 개발된 SCAR 분자표지, SCA21.2는 당근의 단모종자 품종 육성 연구에 충분히 활용가능 할 것으로 기대된다. Mechanical hair removal of carrot seed causes seed injuries and suppresses the germination in carrot cultivation. This study was performed to develop molecular markers for breeding high quality cultivars with short-hair seed. To meet this objective, random amplified polymorphic DNA (RAPD)-sequence characterized amplified region (SCAR) markers specifically linked to seed-hair characteristic were identified using CT-SMR 616 OP 389-1 line with short-haired seed and CT-SMR 616 OP 616-33 line with long-haired seed, bred by self-pollination for 6 years from 2008 to 2013, as parents. After seed hair lengths of these lines were analyzed using microscope, next generations were advanced and compared with the molecular markers polymorphism. From RAPD analysis using fixed lines in 2011, twelve RAPD primers showing polymorphic bands specific between the two lines were identified from 80 random primers. To develop RAPD-SACR marker, SCAR primers were designed based on sequence analysis of these specific RAPD bands and more than three combinations of primers were tested. As a result, it was found that the SCA21.2 amplified single polymorphic band from short-haired seed line. To confirm this result, SCA21.2 marker was retested by applying to the 2012 and 2013 progenies. Finally, it was concluded that the developed SCA21.2 marker distinguished short-haired line from long-haired seed line. Therefore, SCAR marker, SCA21.2 is expected to be utilized for breeding of the short-haired seed cultivars.

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        국내에서 수집된 국화 품종에 대한 SSR 분자표지 Database 구축

        심은조(Eun-Jo Shim),허은정(Eun-Jung Heo),윤무경(Moo-Kyoung Yoon),소은희(Eun-Hee Soh),홍지화(Jee-Hwa Hong) 한국육종학회 2015 한국육종학회지 Vol.47 No.4

        Chrysanthemum (Dendranthema grandiflourm Kitamura) is a member of the Asteraceae and one of the important horticultural crops. The objective of this study was to construct a DNA profile database for identification of chrysanthemum varieties using simple sequence repeat (SSR) markers. In order to select SSR markers for the variety identification, we screened 587 SSR primers using 20 varieties. Among them, 27 SSR markers showed polymorphism. We finally selected 14 SSR markers showing peak clearance, high polymorphism and reproducibility in 20 varieties. In conclusion, DNA profile database for 147 chrysanthemum varieties were constructed by 14 SSR markers. A total of 79 SSR alleles were detected and three to ten alleles were detected with an average of 5.6 alleles per locus. The polymorphism information content value ranged 0.287 ~ 0.785 with an average of 0.598. Genetic relationship revealed that genetic distance of 147 varieties ranged from 0.44 to 1.00. The 143 varieties among 147 varieties were distinguished by 14 SSR markers but the 2 varieties developed by mutation breeding and natural variation were not distinguished from original varieties. These constructed SSR profile database will be useful for the selection of similar varieties for candidate variety and for solving problem relating to seed dispute and infringement of plant breeder’s right.

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        EST profiling을 통한 당근(Daucus carota var. sativa)의 종모 형성에 관련된 유전자 분석

        황은미(Eun-Mi Hwang),오규동(Gyu-Dong Oh),심은조(Eun-Jo Shim),전상진(Sang-Jin Jeon),박영두(Young-Doo Park) 한국원예학회 2010 원예과학기술지 Vol.28 No.6

        당근은 서양뿐만 아니라 중국 및 한국과 같은 아시아 전역에서 요리로 많이 이용되는 유용한 작물 중 하나이다. 그러나 당근 종자 표면에는 모(毛)가 존재하고 이 종모는 발아율을 증가시키기 위해 제거해야 한다. 더욱이 종모 처리는 시간과 인력 및 자본의 소비와 같은 추가적인 손실을 동반하였다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 단모종자를 이용하여 모형성과 관련된 유전자의 연구가 필요하다. 당근 종모의 발달은 2차 세포벽의 합성단계 동안 cellulose의 합성 과정과 연관되어 있음을 바탕으로, EST profiling을 통해 종모와 관련된 유전자를 탐색하고자 하였다. 당근 종모 형성에 관련된 유전자 발현을 조사하기 위해, 성숙 초기 단계의 단모종자 659-1개체와 유모종자 677-14개체를 이용하여 cDNA library를 구축하였다. 단모종자 659-1개체와 유모종자 677-14개체에서 확보된 EST 염기서열의 NCBI database BLASTX 분석을 통한 EST profiling 결과, 172개와 224개의 unigene은 이미 알려진 단백질 염기서열과 상동성을 보였으며 나머지 233개와 192개의 unigene은 확인되지 않는 유전자들이었다. EST는 추정되는 기능에 따라 16개의 category로 그룹화되었다. 전체 EST 중 29개의 unigene이 2차 세포벽 합성단계 동안 cellulose의 합성 pathway상의 종모 형성을 조절하는 유전자로 추정되며, 실제로 종모 발달과 관련된 14개의 unigene이 유모종자 계통에서만 발견되었다. Carrot is one of the useful crops used abundantly in cooking in Western as well as Asia regions such as China and Korea. However, seed coats have hairs which should be removed to increase germination rate. Furthermore, because of seed hairs, farmers face several additional losses, such as time consumption, manpower, capital and so on, for seed handling. To prevent these problems, study of gene related hair formation using short-hair seed lines is required. We analyzed genes related to hair formation from seed through expressed sequenced tag (EST) profiling, based on the fact that the development of carrot seed hair is related to cellulose synthesis pathway in secondary cell wall synthesis stage. To study the gene expression related to hair formation of the carrot seed, a cDNA library was constructed by using the early maturation stage of the short-hair line (659-1) and hairy seed line (677-14). In short-hair (659-1) and hairy seed (677-14) lines, results from of EST profiling through BLASTX search analysis using the NCBI database showed that 172 and 224 unigenes had significant homology with known protein sequences, whereas 233 and 192 unigenes were not, respectively. All ESTs were grouped into 16 categories according to their putative functions. Twenty nine unigenes among all ESTs were considered to be genes regulating seed hair development from cellulose synthesis pathway during secondary cell wall synthesis stage; in results, 14 unigenes related to seed hair development were found only in hairy seed line.

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        국내에서 수집된 자두의 품종식별을 위한 SSR Profile 데이터베이스 구축

        홍지화(Jee-Hwa Hong),심은조(Eun-Jo Shim),박원흠(Won-Heum Park),소은희(Eun-Hee Soh) 한국육종학회 2015 한국육종학회지 Vol.47 No.2

        This study was conducted to construct a DNA marker database for 38 plum varieties collected in Korea using simple sequence repeat (SSR) markers. A set of 61 SSR primer pairs was tested to select polymorphic SSR markers between 8 varieties. Among the 61 primer pairs, 21 showed polymorphism, reproducibility and easy scoring. The genetic relationship between the 21 SSR markers and 38 varieties was analyzed. A total of 210 polymorphic amplified fragments were obtained with the 21 SSR markers. Three to seventeen SSR alleles were detected for each locus, with an average of 10.0 alleles per locus. Average polymorphism information content (PIC) was 0.758, with a range from 0.549 to 0.870. A total of 210 SSR marker loci were used to calculate Jaccard’s distance coefficients for cluster analysis by an unweighted pair-group method with arithmetical average (UPGMA). The genetic distance ranged from 0.06 to 1.00 in 38 varieties. Out of 38 plum varieties, 32 were identified using the 21 SSR markers. Therefore, these SSR markers may be employed to complement distinctness, uniformity, and stability (DUS) tests or as potential tools to solve seed disputes regarding plums.

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        당근 EST 염기서열을 이용한 종자모 형질 관련 SNP 분자표지 개발

        오규동(Gyu-Dong Oh),심은조(Eun-Jo Shim),전상진(Sang-Jin Jun),박영두(Young-Doo Park) 한국원예학회 2013 원예과학기술지 Vol.31 No.1

        당근(Daucus carota L. var. sativa)은 세계적으로 광범위하게 사용되는 채소 작물 중 하나로 비타민 A 카로티노이드의 전구체로 잘 알려진 베타카로틴이 다량 함유되어 있어 영양학적으로도 중요한 작물이다. 하지만 당근 종자는 종피의 epidermal 세포에서 연장되는 형태로 생성되는 종자모의 캐로톨 등과 같은 다양한 요인들에 의해 종자의 수분흡수와 발아가 억제된다. 따라서 당근 종자를 상품화하기 이전에 기계적인 종자모 제거과정을 거쳐야 하며 이러한 과정 때문에 생산자는 종자의 물리적인 손실은 물론 시간과 노동력, 그리고 자본금과 같은 추가적인 손실을 감수해야만 한다. 그리고 종자의 물리적인 손실은 종자발아율을 불균일하게 한다. 이러한 문제점들을 보완하기 위해서 무모종자 당근 품종 개발을 위한 육종이 필요하게 되었으며 이러한 육종과정을 위해 종자모 형질관련 분자표지에 관한 연구가 필요하게 되었다. 이에 따라, 본 연구에서는 단모종자 표현형 CT-SMR 616 OP 659-1 개체와 유모종자 표현형 CT-SMR 616 OP 677-14 개체, 그리고 단모종자 표현형 CT-ATR 615 OP 666-13 개체와 유모종자 표현형 CT-ATR 615 OP 671-9 개체의 cDNA library를 각각 작성하였다. 또한 각각의 개체별로 1,248개의 EST, 합계 4,992개의 EST를 sequencing하였다. 단모종자와 유모종자 개체의 EST sequence들을 2개의 조합에서 각각 비교 분석하여 19개의 SNP site, 14개의 SNP site를 확인하였으며 이를 바탕으로 SNP site에 대한 High Resolution Melting 분석을 위한 프라이머를 작성하였다. 작성된 HRM 프라이머들은 유모종자 표현형 CT-SMR 616 OP 1040 개체군과 무모종자 표현형 CT-SMR 616 OP 1024, 1025, 1026 개체군을 이용하여 확인하였다. 그 중 한 세트의 HRM 프라이머에서 유모 및 단모종자 표현형 개체군들의 melting curve간 특이적 다형성을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 유모종자 당근 및 단모종자 당근간의 보다 간편한 선발을 위해 allele-specific PCR 프라이머를 작성하였다. 이러한 HRM 및 AS-PCR 결과는 무모종자 당근 육종에 있어 유용한 분자표지로써 사용될 수 있을 것이라 기대된다. Carrot (Daucus carota L. var. sativa) is one of the most extensively used vegetable crops in the world and a significant source of nutrient because of its high content of β-carotene, well known as the precursor of vitamin A carotenoid. However, seed-hairs generated and elongated from the epidermal cell of seeds inhibit absorption and germination by various factors such as carotol and so on. Accordingly, mechanical hair removal process is essential before commercialization of carrot seeds. Because of this process, producers will have additional losses such as time consuming, manpower, capital and so on. Furthermore, physical damage of seeds causes irregular germination rate. To overcome such cumbersome weaknesses, new breeding program for developing hairless-seed carrot cultivar has been needed and studies for molecular markers related to seed-hair characteristic is needed for a new breeding program. Therefore, in this study, cDNA libraries from seeds of short-hair seed phenotype CT-SMR 616 OP 659-1 line, hairy-seed phenotype CT-SMR 616 OP 677-14 line and short-hair seed phenotype CT-ATR 615 OP 666-13 line, hairy-seed phenotype CT-ATR 615 OP 671-9 were constructed, respectively. Furthermore, 1,248 ESTs in each line, total 4,992 ESTs were sequenced. As a result, 19 SNP sites and 14 SNP sites in each of 2 combinations were confirmed by analyzing these EST sequences from short-hair and hairy-seed lines. Then we designed SNP primer sets from EST sequences of SNP sites for high resolution melting (HRM) analysis. Designed HRM primers were analyzed using hairy seed phenotype CT-SMR 616 OP 1040 line and short-hair seed phenotype CT-SMR 616 OP 1024, 1025, 1026 lines. One set of HRM primers showed specific difference between the melting curves of hairy and short-hair seed phenotype lines. Based on this result, allele-specific (AS) PCR primers were designed for easier selection between hairy-seed carrot and hairless seed carrot. These results of HRM and AS-PCR are expected to be useful in breeding of hairless seed carrot cultivar as a molecular marker.

      • KCI등재

        당근 종모 형질 관련 cDNA Library 작성 및 EST 분석

        오규동(Gyu-Dong Oh),심은조(Eun-Jo Shim),전상진(Sang-Jin Jun),박영두(Young-Doo Park) 한국원예학회 2013 원예과학기술지 Vol.31 No.6

        당근(Daucus carota L. var. sativa)은 세계적으로 널리 이용되는 작물 중 이며, 영양학적으로도 중요한 작물이다. 하지만, 종자 표피세포에서 생성되는 종자모는 발아를 억제하고 흡수를 저해하여 육묘에 어려움을 야기한다. 이러한 어려움을 타파하기 위해 당근 종자는 기계적인 제모작업을 거쳐 상품화 되고 있다. 이 과정에서 생산상의 여러 가지 단점들이 발생하며, 이를 보완하기 위해 단모종자 당근 품종의 육종이 필요하다. 따라서 본 연구는 단모종자 표현형 CT-ATR 615 OP 666-13개체와 장모종자 표현형 CT-ATR 615 OP 671-9개체 및 단모종자 표현형 CT-SMR 616 OP 659-1 개체와 장모종자 표현형 CT-SMR 616 OP 677-14개체 등 두 조합의 종자 cDNA library를 작성 후 EST 염기서열의 비교분석을 통해 당근 종자모 형질관련 연구에 이용하고자 하였다. 첫째로 EST 염기서열의 BlastX 결과를 바탕으로 각각의 EST를 FunCat 기능별 category로 분류하였다. 그 결과 Metabolism category와 protein folding 및 stabilization, protein binding, C-compound binding category에서 2조합 모두 동일한 유의적인 차이를 확인하였다. 두 번째로 EST 염기서열의 GO data를 바탕으로 seed trichome differentiation 및 cellulose biosynthetic process에 관련된 EST를 선발하였다. 이러한 FunCat category에서의 차이점과 GO data 분석을 통해 확인된 후보 EST 들이 당근 종자모 형성에 많은 영향을 미치는 것으로 생각된다. 마지막으로 분석된 개체 별 EST 염기서열을 바탕으로 33개의 SNP site, 741개의 SSR site를 확인하였다. 확인된 SNP 및 SSR site는 당근 종자모 형성에 관련된 분자마커 개발에 이용할 수 있음은 물론 당근의 여러 형질에 대한 연구에 활용 가능할 것으로 기대된다. Carrot (Daucus carota L. var. sativa) is one of the most widely used crops in the world and is nutritionally important crop. However, seed-hair which is generated in epidermal cell of seeds causes the difficulty of the seedling process, because of the seed germination and absorption inhibitions. For these reasons, carrot seeds are commercialized after mechanical hair removal process. However, in this process, various damage and seed loss occur and breeding of hairless-seed carrot cultivar is needed to overcome these various weaknesses and additional seed production costs. In this study, cDNA libraries using 2 combinations, which were composed of short-hair seed CT-ATR 615 OP 666-13 & long-hair seed CT-ATR 615 OP 671-9, and short-hair seed CT-SMR 616 OP 659-1 & long-hair seed CT-SMR 616 OP 677-14, were constructed and EST sequences of each individuals were analyzed to reveal carrot seed-hair characteristics. Firstly, analyzed EST sequences were classified into FunCat functional categories. As a result, significant differences have been identified in metabolism category, protein folding and stabilization, protein binding, C-compound binding category from both of two combinations. Secondly, several candidate EST sequences related to seed trichome differentiation and cellulose biosynthetic process were selected based on GO data of EST sequences. These differences based on FunCat categories and candidate EST obtained by GO data analysis are thought to be involved in the formation of carrot seed hair. Finally, 741 SSR sites and 33 SNP sites were identified from analyzed EST sequences of two combinations. Then we designed SNP and SSR primer sets to develop molecular markers. These molecular markers will be used for classification of carrot cultivars and study seed-hair characteristic.

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        배 품종 및 유전자원에 대한 Microsatellite DNA 프로파일 데이터베이스 구축

        홍지화(Jee-Hwa Hong),심은조(Eun-Jo Shim),권용삼(Yong-Sham Kwon) 한국원예학회 2017 원예과학기술지 Vol.35 No.1

        국내외에서 육성된 배 품종 및 유전자원에 대한 DNA 프로파일 데이터 베이스를 구축하여 유전적 연관성을 조사하고자 수행하였다. 배 동양 및 서양배 8품종을 387개의 microsatellite 마커를 이용하여 대립유전자의 패턴이 우수하면서 다형성 정도가 높은 11개를 선발하였다. 이들 마커와 배 품종 및 유전자원 72점에 대해 분석한 결과, 133개의 대립유전자가 검출되었으며, 분자 마커에 따라 4 ‚ 22개까지 다양한 대립유전자의 분포 양상을 나타냈다. PIC 값은 0.557 ‚ 0.879 사이에 분포하였으며 평균 0.743으로 높게 나타났다. Microsatellite 마커에 의해 나타난 대립유전자를 근거로 계통도를 작성하였을 때 72품종 및 유전자원의 유전적 유사도는 0.02 ‚ 1.00까지 넓은 범위에 속하였고, 배나무의 식물분류학적 특성 및 품종 육성 계보에 따라 4개 대그룹으로 크게 나누어졌다. 대부분의 품종이 11개의 microsatellite 마커의 유전자형에 따라 식별이 가능하였다. 본 연구에서 microsatellite 마커에 기반한 배 품종 및 유전자원의 데이터베이스는 품종보호 출원품종의 구별성, 균일성, 안정성을 재확인하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다 . A DNA profile database was constructed to investigate the genetic relatedness of 72 germplasm samples of Pyrus and related cultivars using microsatellite markers. Three P. pyrifolia , four P. commus , and one P. betulifolia cultivars with different morphological traits were screened using 387 pairs of microsatellite primers. A core set of 11 primer pairs was selected to obtain 133 polymorphic amplified fragments meeting three criteria: high polymorphism information contents (PIC), high repeatability, and distinct allele patterns. The number of alleles per locus ranged between 4 and 22. Average PIC was 0.743 (range: 0.557 - 0.879). Cluster analysis using the unweighted pair - group method with arithmetical average (UPGMA) separated the 72 pear cultivars and germplasm samples into four major groups: Chinese, European pears, and a cluster of 55 Asian pears that could be reclassify into two subcluster, I - 1st and II - 2nd, according to pedigree information. Almost all of the cultivars were discriminated by 11 microsatellite marker genotypes. The microsatellite DNA profile database may be utilized as tool to verify distinctness, uniformity, and stability between candidate cultivar, and to verify in the distinctness of existing cultivars.

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        당근 종모 형질 관련 EST profiling과 이를 이용한 EST-SSR 및 SNP 마커 개발

        오규동(Gyu-Dong Oh),황은미(Eun-Mi Hwang),심은조(Eun-Jo Shim),전상진(Sang-Jin Jeon),박영두(Young-Doo Park) 한국원예학회 2010 원예과학기술지 Vol.28 No.6

        당근(Daucus carota L. var. sativa)은 세계적으로 널리 이용되는 작물 중 하나이다. 또한 Vitamin A의 전구체인 β-carotene의 함량이 높아 영양적으로도 주요한 작물이다. 하지만 종자 표피세포에서 생성되는 종자모는 종자발아시 흡수를 저해하며 발아를 억제하여 기계적인 제모작업을 거쳐 상품화되고 있다. 이러한 과정에서 발생하는 여러가지 단점을 보완하기 위해 무모종자 당근 품종의 육종이 필요하다. 따라서 본 연구는 단모종자 표현형 CT-ATR615 OP 666-13 개체와 control 유모종자 표현형 CR-ATR615 OP-CK1-9개체의 종자 cDNA library를 작성하여 EST sequence비교를 통해 표현형의 차이에 따라 종자모 형성에 관련하여 발현양상을 비교 분석하였다. BlastX 결과를 바탕으로 개체간 동일한 결과를 제외한 EST sequence를 각각 FunCat 기능별 category로 분류하였다. Metabolism category에서 단모종자표현형 개체가 오히려 유모종자 표현형 개체보다 높은 발현량을 보이는 것을 확인하였으며, 단모 및 장모종자 개체간의 protein folding and stabilization, subcellular localization category에서 나타난 뚜렷한 발현량 차이는 종자모 형성에 많은 영향을 미치는 것으로 예측되었다. 또한 분석된 EST sequece를 바탕으로 개체별로 각각 50개 및 59개의 SSR site를 확인하였으며, 각각 2개씩의 SNP site를 확인하였다. 이들 SSR 및 SNP site의 primer 작성하여 마커로 개발하였으며, 이를 종자모 형성에 관련된 분자마커 개발에 이용하는 것은 물론 당근의 계통 분류 및 여러가지 형질 관련 분자마커 연구에 활용 가능할 것으로 기대된다. Carrot (Daucus carota L. var. sativa) is one of the most widely used crops in the world. Moreover it is an important crop because of its high content of β-carotene, well-known as the precursor of vitamin A carotenoid. However, seed-hair which is generated in epidermal cell of seeds inhibits absorption and germination. For that reason, carrot seeds are commercialized after mechanical hair removal process. To overcome such cumbersome weaknesses, new breeding program for developing hairless-seed carrot cultivar has been needed. Therefore, in this study, cDNA libraries from seeds of short-hair seed phenotype CT-ATR615 OP 666-13line and hairy seed CT-ATR615 OP-CK1-9 line were constructed and expression patterns related to generation of seed-hair were analyzed by comparison of EST sequences. Differential EST sequence results between two lines were classified into FunCat functional categories based on the results of BlastX search. Higher expression quantities belonging to metabolic category were shown on short-hair seed line than hairy-seed one. Differential expression quantities between those two lines in the protein folding and stabilization, subcellular localization categories were supposed to contribute variously on the generation of seed-hair. We confirmed 50 and 59 SSR sites, and 2 SNP sites by analyzing EST sequences in two lines; thereafter, we designed SNP and SSR primer sets from these EST sequence information as a molecular marker. These markers are thought to be used in research of molecular markers for classification of carrot family and related to various traits, as well as seed-hair characteristic.

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