GWAS 분석을 이용한 벼 지엽각 관련 SNP 동정 및 발현 분석 = Gene expression and SNP identification related to leaf angle traits using a genome-wide association study in rice (Oryza sativa L.)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

국문 초록 (Abstract)

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.