Microsatellite DNA 마커를 이용한 자포니카 벼 품종 감별

지현소,박승의,고희종 한국육종학회 1998 한국육종학회 학술발표회 발표요지 Vol.30 No.1

유전체재해석(resequencing)에 의한 통일형 벼 품종간 단일염기서열변이(SNP) 탐색

지현소,안억근,서보윤,강현주,최인찬,김경환 한국육종학회 2016 한국육종학회지 Vol.48 No.4

As a first step of mapping genes conferring resistance to the brown planthopper, Nilaparvata lugens Stål, in Gayabyeo using a population derived from a cross between Gayabyeo and Taebaegbyeo, we performed the whole genome resequencing of these two Tongil-type rice varieties. The amount of raw sequence data was about 18.5X109 bp and 17.9X109 bp in Gayabyeo and Taebaegbyeo, respectively. After quality trimming and read mapping onto Nipponbare reference genome sequence, 9.3X109 bp was mapped in Gayabyeo with mapping depth of 25.0X, and 9.5X109 bp was mapped in Taebaegbyeo with mapping depth of 25.5X. Between Gayabyeo and Nipponbare, 1,585,880 SNPs were detected, while 1,416,898 SNPs were detected between Taebaegbyeo and Nipponbare. Between Gayabyeo and Taebaegbyeo, 284,501 SNPs were detected. Among the SNPs between Gayabyeo and Taebaegbyeo, 21.2% were in genic region and 78.8% were in intergenic region. In CDS region, 15,924 SNPs were detected, among which synonymous SNPs covered 47.3% and non-synonymous SNPs covered 52.7%. We designed Cleaved Amplified Polymorphic Sequences (CAPS) markers with SNPs in the restriction enzyme recognition sites, and 20 CAPS markers were tested. Of the 20 markers, 19 markers showed polymorphism and one marker showed monomorphism between Gayabyeo and Taebaegbyeo. It is expected that sufficient DNA markers for mapping genes with a population derived from a cross between Gayabyeo and Taebaegbyeo can be developed based on the results of the study.

벼의 밀양23호/기호벼 재조합자식 유전집단을 이용한 PCR 기반 DNA 마커들로 구성된 분자유전자지도 작성

지현소,김학범,이강섭,윤웅한,김태호,설영주,윤도원,고희종,은무영 한국육종학회 2012 한국육종학회지 Vol.44 No.3

밀양23호/기호벼 재조합자식 유전집단을 대상으로 PCR 기반 DNA 마커들로 구성된 분자유전자지도를 만들고자, 주로 아가로스 젤 상에서 분석이 가능한 마커들을 위주로 STS, InDel, RTM, SSR 마커들을 선발하여 분석하였다. InDel 마커 37개, STS 마커 88개, RTM 마커 8개, SSR 마커 91개를 포함한 224개의 마커로 구성된 유전지도를 만들었는데, 총 유전거리는 1,425 cM이었으며, 마커간 평균거리는 6.7 cM이었다. 이들 DNA 마커들의 프라이머 시퀀스 정보를 바탕으로 e-PCR프로그램을 이용하여 각 마커들의 벼 유전체상에서의 물리적인 위치를 파악하고 물리지도를 작성하였다. 이 물리지도에서 마커간의 물리적 거리의 합은 356.8 Mbp이었으며, 총 유전거리에서 이를 나누어 구한 1 cM당 평균 물리적 거리는 250 kbp이었다. 5% 유의수준에서 분리비 편의(segregation distortion) 현상을 보인 마커는 전체 마커의 22.8%인 51개이었으며, 주로 3번 염색체의 중간부위, 6번 염색체의 거의 모든 영역, 7번 염색체의 상단부위, 8번 염색체의 하단부위, 12번 염색체의 상단부위에 분포하였다. 이 분자유전자지도는 자포니카형 품종과 통일형 품종 또는 인디카 품종간의 교배후대 집단에서 유용형질의 유전자 위치를 분석하고자 할 때 이용 가능한 마커들에 대한 정보를 제공할 것이다. To construct a molecular genetic map using PCR-based DNA markers with the recombinant inbred population derived from Milyang23/Gihobyeo cross, we analyzed the STS, InDel, RTM, and SSR markers which are mainly able to be analyzed on agarose gel. A genetic map comprised of 224 markers including 37 InDel, 88 STS, 8 RTM and 91 SSR markers was constructed. This map contained 1,425 cM with an average interval size of 6.7 cM. The physical map of these markers was also constructed by analyzing the physical location of each maker using its primer sequences and e-PCR program, and the average physical distance per centimorgan was 250 kbp. Among the mapped markers, 51 (22.8%) showed segregation distortion at 5% significance level. They are mainly located in the middle part of chromosome 3, almost whole chromosome 6, the upper end of chromosome 7, the lower end of chromosome 8, and the upper end of chromosome 12. These molecular genetic and physical maps would provide information on the available markers for mapping genes of useful traits with population derived from the crosses between Japonica varieties and Tongil type or Indica varieties.

유전체재해석(resequencing)에 의한 가야벼의 벼멸구 저항성 유전자 탐색 및 선발마커 개발

지현소,안억근,서보윤,강현주,이상복,현웅조,최인찬,김경환,김송림,이승범,서석철,이강섭 한국육종학회 2018 한국육종학회지 Vol.50 No.2

Gayabyeo, a Tongil-type rice variety, has been known to be resistant to the brown planthopper (BPH) in Korea. For genetic analysis of BPH resistance of Gayabyeo, we developed an F2 and F3 population derived from a cross between Gayabyeo and Taebaegbyeo which is a Tongil-type BPH susceptible rice variety. Based on the previously detected 284,501 putative SNPs between Gayabyeo and Taebaegbyeo, 99 cleaved amplified polymorphic sequences (CAPS) markers were developed, and they have been used for genotyping 180 F2 plants. By comparison of resequencing data of Gayabyeo and the sequences of already reported BPH resistance genes (Bph3, BPH9, Bph14, BPH18, BPH26), it was revealed that Gayabyeo has Bph3 and BPH26 resistance genes. Two InDel markers, Bph3IND and BPH26IND, were developed, which can be used as selection markers in breeding program aiming at introducing BPH resistance genes of Gayabyeo into Korean high quality japonica rice varieties. In addition, BPH bioassay was performed with 180 F3 lines for BPH resistance QTL analysis. Two major QTLs were found on chromosome 4 and 12. The regions of these two QTLs included Bph3 and BPH26, which also supported that Gayabyeo has Bph3 and BPH26 resistance genes. These results would be useful in accelerating development of various BPH-resistant high quality japonica rice varieties in Korea.

유전자지도를 이용한 벼 팔립성 관련 유전자 분리

지현소 한국육종학회 2007 한국육종학회 학술발표회 발표요지 Vol.39 No.4

Microsatellite DNA 마커를 이용한 자포니카 벼 품종 감별

지현소,고희종,박승의,수잔맥쿠치 한국육종학회 1998 한국육종학회지 Vol.30 No.4

일본의 식물유전체 연구현황 및 전망

윤웅한,이정화,이강섭,김영미,지현소,김태호 한국국제농업개발학회 2011 韓國國際農業開發學會誌 Vol.23 No.5

본 연구의 목적은 일본의 식물유전체 연구 동향분석을 통하여 농업생산성 향상을 위한 연구방향을 모색하는데 있다. 일본에서의 식물유전체 연구는 국가연구소 주도적으로 이루어지고 있으며 벼 등 다양한 구조유전체연구결과를 이용한 유용형질 유전자 기능분석 및 실용화 연구에 집중하고 있다. 식물 구조유전체 및 기능유전체 연구를 위한 기반조성으로 농업생물자원연구소(National Institute of Agrobiological Sciences, NIAS)에서는 벼과 식물의 유전체 DB 구축, 이화학연구소(Rikagaku Kenkyusho, RIKEN)에서는 애기장대 유전체 DB 및 식물 완전장 유전자 DB 구축, 국립유전학연구소(National Institute of Genetics, NIG)에서는 국가생물자원프로젝트(National Bio Resource Project) DB를 구축하여 관련 연구자들에게 다양한 식물 유전체 정보 및 연구재료들을 제공하고 있다. 최근 세계적 식량환경 문제해결 및 혁신적 농업기술개발을 목표로 신농업전개 게놈프로젝트(New Agri-genome Project)를 수행하여 수량, 내병성, 환경문제 해결을 위한 유용 유전자분리, 이용 등 세계적인 연구 성과를 도출하고 있다. 또한 개도국의 농업생산성 향상을 위하여 JIRCAS 에서는 식물유전체 연구 기술지원을 하고 있으며 아프리카 토양에 적합한 다수성의 NERICA 벼를 개발하여 식량생산 증진에 기여하고 있다. 본 연구를 통하여 우리에게 정보가 부족하였던 일본의 식물유전체 연구 진행사항을 살펴보았다. 이러한 연구동향 분석은 동식물 유전체 연구를 수행하는 연구자들에게 최근의 유전체 기술정보 등을 제공 할 수 있으며 세계적인 식량, 에너지, 환경문제의 해결에 크게 기여 할 것으로 생각한다. In Japan, plant genomics research is mainly leaded by the national research institutes. The various structural studies such as rice genome has allowed researchers to analyze useful traits, and to focus their commercialization. With aims to facilitate structural and functional study in plant genome, NIAS (National Institute of Agrobiological Sciences) constructed Poaceae genome DB and RIKEN (Rikagaku Kenkyusho) built DB for Arabidopsis genome and plant full-length cDNA. NIG (National Institute of Genetics) constructed a national biological resources DB (National Bio Resource Project). This compiling DB provides a variety of genome-related research materials for researchers in the field. Recently, as an effort to resolve global issues of food supply and environmental problems, New Agri-genome Project has been performed aiming to develop an innovative agricultural technologies for the quantity, disease resistance and identifying useful genes related to environmental problems. In addition, in order to improve agricultural productivity in developing countries, JIRCAS assisted technical supports for the plant genome research and developed NERICA rice, which is suitable for African area. Such these approaches are expected to contribute to solving the global issues about food, energy and environment in the world.

벼 Ac/Ds 삽입 변이체집단의 표현형 분석을 통한 유전자기능 연구

이강섭,박성한,임혜민,윤도원,김창국,지현소,박동수,은무영,김태호,윤웅한 한국국제농업개발학회 2012 韓國國際農業開發學會誌 Vol.24 No.1

본 연구는 전이인자 Ac/Ds를 이용하여 세계적인 경쟁력을 갖춘 삽입변이 집단을 구축하고 Ds 삽입에 대한 분자학적 정보를 획득하여 database 화에 이용하는 것을 목적으로 하였다. 또한 농업적 유용유전자들의 생물학적 기능을 구명하고 생명공학적 방법을 통하여 새로운 작물 창출에 활용하고자 한다. 본연구를 통하여 얻을 수 있는 자료와 정보는 벼의 유전자 기능분석을 보다 효율적으로 실시하고 유용 유전자를 선발하여 육종에 이용함과 아울러 또한 이들의 지적 소유권 획득에 기초자료로 이용될 수 있을 것이다. 1. T1 진전에 의한 대량 고정종자 생산 확보를 위해 Largescale screening 활용하고 발아 활력 유지를 위해 종자를 장기보존하였다. 그 결과 Ds Knockout 육종소재의 안정적 재료공급 체계 확립하였는데 종자 증식용 파종상의 규격화를 통한대량 증식 방법 확립였고 증식계통의 목적에 맞는 재배 방법채택을 통한 편의성을 증진하였다. 2. 변이체의 선발은 각 생육 시기별 변이체 특성검정 및 선발하였으며 2008년도에는 변이율이 5.15%를 보였으나 2009년에는 4.34%로 낮았으며 평균 4.75%의 변이율을 나타냈다. 2010년 증식계통은 생육이 불량하여 표현형 조사는 불가하여 바로 이앙하여 증식하였다. 특히 spotted leaf(spl)의 형태를 나타내는 변이형이 우점하였다. 유묘기의 Ds 증식 집단에서의 표현형 변이는 주로 엽록소 이상을 보이는 변이체가 많이 관찰되었다. 3. 흑미 삽입변이체의 종자특이 전사인자의 발현 분석을 수행하기 위하여 컴퓨터 분석법을 이용하여 흑미 종자의 안토시아닌 생합성 발현 유전자를 동정하고 안토시아닌 생합성 유전자의 발현 분석을 통한 합성 기작 연구를 수행하였다. 그 결과 흑미 종자 삽입변이체 선발하였는데 115,000점의 Ac/Ds 삽입변이체 중 흑미 9계통을 선발하였다. 4. 흑미 종자의 유전자 발현 분석을 연구하기 위하여 Microarray 통계분석을 실시하였는데 672개의 안토시아닌 생합성 관련 유전자 중 전이인자 hyper-geometric 통계 분석으로 12개 전이인자 분류별 82개의 생합성 관련 전이인자 유전자 선발하였다. 5. 최근 기능유전체 연구의 효율을 높이기 위하여 변이체에대한 총체적인 해석과 함께 변이체의 표현형 변이와 삽입염기서열 분석의 연관성을 데이터 베이스화하는 이른바 Phenome 데이터베이스로 가는 추세이다. 이러한 Phenome 분석에 삽입변이집단의 데이터베이스가 활용될 것으로 기대된다. Rice is one of the world's most important crops, particularly in Asia, for human consumptions. Rice consumption has been increased due to versatility of nutrients and tastes. In addition, Rice has taken a role of model plant since the small size of the genome was completely sequenced (Jun et al., 2002, Feng et al., 2002). To increase higher yield potentials of crops, the discovery of novel genes and the construction of QTL maps should be essential projects in genomic researches. This study has been carried out to construct the database for the insertional mutant population generated by Ac/Ds transposable element system. In addition, the biological functions of genes useful for agriculture have been studied and the possibility to create new varieties through the biotechnological method have been exploited. The data and information obtained through this study could be used as a basis for intellectual property and be helpful for breeding to select useful gene as analyzing gene function analysis. This project is performed to develop internationally competitive scale of insertional mutagenized population, and to construct databases of molecular information on Ds insertion sites. Ultimate goals are to supply genetic materials and informations essential for functional analysis of rice genes and for breeding using agronomically important genes.

벼 Ds 삽입변이 pooling 계통들의 FST 및 유전자형 분석

안병옥,김정호,지상혜,윤도원,박용환,지현소,은무영,이기환,서석철,이명철 한국육종학회 2008 한국육종학회지 Vol.40 No.4

Over 7 individual rice (Oryza sativa L.) plants per a line were sowed and sampled by pooled sampling method for genomic DNA extraction. The 5,400 flanking sequence tags (FSTs) were analysed by adaptor PCR and direct sequencing. FST analysis showed that the intragenic FSTs, the intergenic FSTs, and the original insertional sequences including hot spot covered 48.1% (2,597), 25.6% (1,383), and 25% (1,350), respectively. The 2,597 intragenic FSTs were used for genotyping to determine whether they are heterozygous or homozygous, and 1,393 core lines were selected. Among them, 422 knockout genes were distributed on chromosome 3, while 56 - 157 intragenic FSTs scattered on other chromosomes. Among 1,393 FSTs, known genes such as transcription factor covered 59.4% (827), while unknown genes such as expressed protein covered 40.6% (566). RT-PCR indicated that some core lines had no expression or decreased expression level in their knockout genes. It means that core lines are very useful knockout lines for functional genomic studies.

자포니카 벼의 종자 저장단백질 유전자 구조 및 발현분석 연구 현황

윤웅한,이정화,이강섭,김영미,한장호,지현소,윤성원,이종렬,김태호 한국국제농업개발학회 2012 韓國國際農業開發學會誌 Vol.24 No.3

본 리뷰의 목적은 벼 종자 저장단백질 구조분석 및 발현특성분석 결과 종합화를 통하여 종자형질 개선 등의 실용화연구를 위한 기반구축을 모색하는데 있다. 최근 벼 염색체염기서열완전해독 연구 결과를 이용한 유용형질 유전자 분리 및 실용화 연구가 많이 진행되고 있다. 특히 벼 종자 저장단백질은 인류에게는 주요 영양원으로 사용되어지며 종자 발아시에는 식물체 성장을 위한 질소원으로 사용되어진다. 벼 종자 저장단백질의 분류는 용매에서의 용해도에 따라 약산성 및 알카리 용해성의 glutelin, 알코올 용해성의 prolamin, 염 용해성의 globulin으로 나눈다. 벼 염색체 상에는 11개의 glutelin 유전자와 33개의 prolamin 유전자가 존재하며 prolamin 유전자의 경우 5번 염색체 15 Mb 부위에 15개의 유전자가 위치하였다. 이와 같이 종자저장단백질 유전자들이 동일 염색체 부위에 위치하고 있는 것은 진화학적으로 동일 염색체에서 유래하였거나 유사한 유전자발현 조절영역을 가지고 있음을 의미한다. Globulin 유전자는 5번 염색체에 단일 유전자로 존재하였다. 마이크로어레이를 이용한 종자저장 단백질 관련 유전자의 조직 특이 발현 양상을 분석한 결과 glutelin과 대다수의 prolamin 합성 유전자는 종자배유에서만 발현을 하였으며 소수의 prolamin과 globulin 합성 유전자는 종자배유와 발아종자에서도 발현을 나타내었다. 종자 저장단백질의 프로모터부위를 분리한 후 종자에서의 발현 양상을 분석한 결과 glutelin type C1 프로모터가 종자의 전체 부위에서 발현을 나타내었으며 glutelin type B5와 α-globulin 프로모터가 많은 양의 발현을 나타내었다. 본 리뷰를 통하여 벼 종자 저장단백질의 구조및 발현특성 연구 진행사항을 살펴보았다. 이러한 연구 동향분석은 종자형질 개선 및 물질생산 등의 실용화 연구를 수행하는 연구자들에게 최근의 연구 현황을 제공할 수 있을 것으로 생각된다. Based on the outcome of the rice genome sequencing, a lot of researches for identification of genes underlying useful traits and their utilization are being carried out recently. Especially, rice seed storage proteins are used as a main nutrition source for human while they are used as the nitrogen source for plant growth during seed germination. Rice seed storage proteins are divided by solubility in solvent into weak acid and alkali soluble glutelin, alcohol soluble prolamin, and salt soluble globulin. The rice genome contains 11 glutelin genes and 33 prolamin genes. In the case of prolamin genes, 15 genes are located in 15 Mb region on the chromosome 5. Clustering of seed storage protein genes on the same chromosomal region indicates that they are evolved from the same chromosome or they share similar gene expression regulatory region. Only single globulin gene existed on the chromosome 5. As a result of tissue-specific expression pattern analysis of seed storage protein genes using microarray, glutelin and most of prolamin genes were expressed only in seed endosperm, while a few prolamin and the globulin genes are expressed in seed endosperm and germinating seed. As a result of isolating promoter regions of the seed storage protein genes and analyzing their expression pattern in seed, glutelin type C1 promoter showed expression in whole seed, and glutelin type B5 and α-globulin promoter showed strong expression. This paper reviewed on the structure and expression profile of rice seed storage protein genes, and will provide information on the recent research status to the researchers who are studying on the improvement of seed traits and production of substances.