CN105556524A - 品种识别-编码系统和使用其的编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供品种识别-编码系统，包括：对参比基因组品种的染色体和目标品种的染色体进行解码的染色体-解码模块；通过单核苷酸变化密集区域分析来检测解码的染色体中的变化区域的变化区域-检测模块；将插入缺失标志物设置在检测的变化区域中并且通过聚合酶链式反应(PCR)将所述插入缺失标志物扩增以获得扩增结果的扩增结果-获得模块；和将所述扩增结果编码的编码模块。

Description

品种识别-编码系统和使用其的编码方法
技术领域
本发明涉及品种识别-编码系统和使用其的编码方法，更具体地，涉及其中选择品种的基因组的变化区域中的特定的插入缺失标志物并且将其扩增结果编码以识别该品种的品种识别-编码系统和使用其的编码方法。
背景技术
近来，随着信息和通信工业的发展，已积极地进行了用于识别目标个体的生物计量学的研究和开发。生物计量学包括使用物理特性例如虹膜、指纹和DNA的方法和行为特征例如签名、嗓音和步态的方法。同时，即使在农作物的情况下，通过加强知识产权等，用于确保开发的品种的权利的程序已变得重要，因此对于品种识别技术例如个人身份证存在急切的需要。
对于农作物品种的识别，已通常使用基于繁殖者的专业知识和经验、使用植物的形态特征例如草型、叶状和颗粒大小来将品种分类的方法。但是，由于其形态特征大幅度地受到环境变化例如气候变化的影响，近来，已开发了使用对环境不具有影响的DNA标志物的品种识别技术，例如简单重复序列(SSR)和序列标志位点(STS)。但是，这些品种识别技术的问题在于，其难以将具有高遗传相似性的轮回亲本品种分类，如通过回交繁殖的质量，以及由于使用少量的标志物，因此这些技术在质量鉴定技术的使用中具有限制。
为了克服这样的问题，近来，已开发了使用下一代测序(NGS)在基因水平上识别品种的技术。但是，这些使用NGS的技术的不利之处在于高成本以及需要大量时间。因此，极其需要开发能够在一般实验室水平上进行的品种识别系统。
现有技术中，韩国专利注册No.10-0426467公开了用于识别农作物品种的编码方法。但是，该方法中，只给出用于识别稻米品种的两位数码，没有公开用于选择插入缺失标志物以用于品种识别并且对其扩增结果编码的系统。因此，仍难以将具有高遗传相似性的品种例如回交的品种分类。
进而，韩国未审专利公开No.10-2013-0010172公开了使用微卫星引物组识别莴苣品种的方法。但是，该方法中，没有公开用于选择插入缺失标志物以用于品种识别并且对该插入缺失标志物编码以两维方式表达其结果的系统。因此，仍难以马上识别莴苣品种。
发明内容
技术问题
因此，本发明人旨在开发品种识别系统，其能够识别通过回交繁殖的品种并且能够通过对分子标志物进行研究而在通常的实验室水平上进行，该分子标志物能够高效率地用于品种识别及其编码系统。
因此，本发明的目的是提供品种识别-编码系统。
具体地，该编码系统旨在在品种的基因组的变化区域中选择特定的插入缺失标志物并且将其扩增结果编码以识别该品种。
进而，该编码系统旨在通过一维表达或二维表达来输出编码结果。
进而，该编码系统旨在应用于品种繁殖谱系树。
进而，该编码系统旨在通过对采用回交繁殖的品种应用该编码系统而识别具有非常高的遗传相似性的品种。
而且，该编码系统旨在研究品种固定化的程度。
同时，本发明的另一目的在于提供用于使用该系统进行品种识别的编码方法。
技术方案
为了实现上述目的，本发明的一方面提供品种识别-编码方法，包括下述步骤：(a)使用染色体-解码模块对参比基因组品种的染色体和目标品种的染色体解码；(b)使用变化区域-检测模块通过单核苷酸变化密集区域分析检测解码的染色体中的变化区域；(c)使用扩增结果-获得模块，将插入缺失标志物设置在检测的变化区域中并且通过聚合酶链式反应(PCR)将该插入缺失标志物扩增以获得扩增结果；和(d)使用编码模块对该扩增结果编码。
优选地，步骤(c)中，当该参比基因组品种的扩增结果的条带大小与该目标品种的扩增结果的条带大小相同时可用“a”表示该扩增结果，并且当该参比基因组品种的扩增结果的条带大小与该目标品种的扩增结果的条带大小不同时可用“b”表示该扩增结果。
优选地，步骤(d)可包括下述步骤：(d1)将该扩增结果“a”转化为数字信号“0”以用白色标记，并且将该扩增结果“b”转化为数字信号“1”以用黑色标记。
优选地，该方法可还包括下述步骤：(e)步骤(d1)后使用输出模块通过一维表达或二维表达来输出该编码结果。
优选地，步骤(e)可包括下述步骤：与该编码结果一起将该目标品种的表型输出。
优选地，可使用两个以上的目标品种，并且步骤(e)可以是输出两个以上的目标品种的两个以上的编码结果的步骤。
优选地，可通过二维表达来表示该两个以上的编码结果，并且可将与其雌性或雄性品种相关的信息作为谱系树输出。
优选地，步骤(e)可包括下述的步骤：通过二维表达输出该两个以上的编码结果并且检测该两个以上的二维表达之间具有差异的区域；和用白色和黑色以外的颜色标记该检测的区域以区分回交的品种和轮回亲本品种并且输出这些品种。
优选地，步骤(e)可包括下述的步骤：通过二维表达输出该两个以上的编码结果并且检测杂区域；和用白色和黑色以外的颜色标记该杂区域以区分品种的固定化的程度并且输出这些品种。
本发明的另一方面提供品种识别-编码系统，包括：对参比基因组品种的染色体和目标品种的染色体进行解码的染色体-解码模块；通过单核苷酸变化密集区域分析来检测解码的染色体中的变化区域的变化区域-检测模块；将插入缺失标志物设置在该检测的变化区域中并且通过聚合酶链式反应(PCR)将该插入缺失标志物扩增以获得扩增结果的扩增结果-获得模块；和将该扩增结果编码的编码模块。
优选地，当该参比基因组品种的扩增结果的条带大小与该目标品种的扩增结果的条带大小相同时该扩增结果-获得模块可获得作为“a”的该扩增结果，并且当该参比基因组品种的扩增结果的条带大小与该目标品种的扩增结果的条带大小不同时可获得作为“b”的该扩增结果。
优选地，该编码模块可将该扩增结果“a”转化为数字信号“0”以用白色标记，并且可将该扩增结果“b”转化为数字信号“1”以用黑色标记。
优选地，根据本发明的系统可还包括：通过一维表达或二维表达将由该编码模块编码的结果输出的输出模块。
优选地，该系统可还包括：接收目标豆类品种的表型并且将其表型传送到该输出模块的表型输入模块。
优选地，该输出模块可输出两个以上的目标品种的两个以上的编码结果。
优选地，该输出模块可通过二维表达来输出该两个以上的编码结果，并且可输出作为谱系树的有关其雌性或雄性品种的信息。
优选地，该输出模块可通过二维表达来输出该两个以上的编码结果，并且可检测该两个以上的二维表达之间具有差异的区域以用白色和黑色以外的颜色标记该检测的区域。
优选地，该输出模块可通过二维表达来输出该两个以上的编码结果，并且可检测杂区域以用白色和黑色以外的颜色标记该杂区域。
有利效果
根据本发明的品种识别-编码系统，即使在通常的实验室水平上也能够容易地进行品种的识别，并且通过保护国内品种和繁殖者和促进品种的标识，能够改善国内农业生产的竞争性。
进而，根据本发明，通过将基因信息转化为数字信号，能够对品种快速且客观地进行识别。
进而，根据本发明，能够以两维的方式以及以一维的方式表达用于品种识别的基因信息，因此能够马上理解每个染色体的DMB特定的图案(DMB-specificpattern)。
进而，根据本发明，能够将每个品种的表型，例如植物类型、花颜色、种子形状、腹部颜色等输入表型输入模块，通过此，不仅能够马上理解品种的名称，而且能够马上理解品种的特性。
进而，根据本发明，由于能够将有关要识别的雌性或雄性品种的信息作为谱系树输出，因此能够容易地识别品种的重组的程度，因此能够更有效地识别品种。
进而，根据本发明，由于能够将回交的品种和轮回亲本品种分类，因此能够克服使用分子标志物的品种识别中的常规限制，因此也能够识别具有非常高的遗传相似性的两种品种。
进而，根据本发明，由于因杂区域的进一步表达而能够识别品种的固定化的程度，因此分离和繁殖品系的快速固定化成为可能，因此本发明能够有助于品种的单一性和稳定性。
而且，根据本发明，由于能够在染色体水平上产生遗传图谱，因此能够有效地进行品种之间的相似性、种群结构等的分析，并且由于新繁殖的品种的重组模式的研究成为可能，因此能够迅速地检测在染色体水平上的变化区域(DMB)的变化。
附图说明
图1是根据本发明的品种识别-编码系统的概念图。
图2是品种识别-编码方法的流程图。
图3是表示根据本发明的品种识别-编码系统的分步的显现过程的图。
图4a是表示通过将六种豆类品种的染色体1解码而显现的3,061个变化区域(DMB)特定的插入缺失标志物的PCR扩增的结果的图。
图4b是表示通过将六种豆类品种的染色体1解码而显现的变化区域(DMB)特定的插入缺失标志物(箭头)的图。其中，IP意味着Ilpum稻米，NP意味着NipponBarre(参比基因组)，TEJ意味着温带稻米，TRJ意味着热带稻米，和ARO意味着风味稻米。
图4c是表示通过将稻米品种的染色体1解码而显现的变化区域(DMB)特定的插入缺失标志物的PCR扩增的结果的图。对于八种稻米品种测试了66种首先选择的标志物，然后选择表示优异的PCR结果的10种标志物。
图5a是表示对七种豆类品种的染色体1中的插入缺失标志物的扩增结果进行编码的过程的图。
图5b是表示对七种稻米品种的染色体1中的插入缺失标志物的扩增结果进行编码的过程的图。
图6a是表示豆类品种“Daepung”的一维编码和两维编码的图。
图6b是表示稻米品种“Ilmi”的一维编码和两维编码的图。
图7a是表示将本发明的品种识别-编码系统应用于豆类品种繁殖谱系树的实例的图。
图7b是表示将本发明的品种识别-编码系统应用于稻米品种繁殖谱系树的实例的图。
图8a是使用本发明的品种识别-编码系统将通过回交繁殖的豆类品种与轮回亲本豆类品种进行比较的图。其中，用白色标记与Williams82相同的区域，用黑色标记与Williams82不同的区域，并且用白色和黑色以外的颜色标记引入的基因座(locus)区域和与轮回亲本豆类品种不同的区域。
图8b是使用本发明的品种识别-编码系统将通过回交繁殖的稻米品种(NewIlmi)与轮回亲本稻米品种进行比较的图。其中，用白色标记与Hwayeongbyeo相同的区域，用黑色标记与Hwayeongbyeo不同的区域，并且用圆圈标记引入的基因座区域和与轮回亲本稻米品种不同的区域。
图9是表示将本发明的品种识别-编码系统应用于变异品种的实例的图。其中，用白色标记与Hwayeongbyeo相同的区域，用黑色标记与Hwayeongbyeo不同的区域，并且用圆圈标记与Ilpumbyeo不同的区域。
图10a是表示能够使用本发明的品种识别-编码系统确定基因稻米品种之间的遗传相似性的情形的图。其中，以0.68的遗传相似性将基因稻米品种分类为12组。
图10b和10c的每个是表示将本发明的品种识别-编码系统应用于具有高遗传相似性的组10(G10:稻米)的实例的图。其中，用白色标记与Hwayeongbyeo相同的区域，并且用黑色标记与Hwayeongbyeo不同的区域。
图11a为表示使用本发明的品种识别-编码系统确定豆类品种的固定化程度的实例的图。其中，用白色标记与Williams82相同的区域，用黑色标记与Williams82不同的区域，并且用白色和黑色以外的颜色标记杂区域。
图11b为表示将本发明的品种识别-编码系统应用于具有高遗传相似性的组12(G10：稻米)的实例的图。其中，用白色标记与Hwayeongbyeo相同的区域，用黑色标记与Hwayeongbyeo不同的区域，并且用白色和黑色以外的颜色标记杂区域。
图12a为表示基于使用本发明的品种识别-编码系统构建的有关147种豆类品种的识别数据在染色体水平上产生的遗传图谱的图。其中，分别用不同的颜色标记与Williams82相同的PCR结果和与Williams82不同的PCR结果。
图12b为表示基于使用本发明的品种识别-编码系统构建的有关282种稻米品种的识别数据在染色体水平上产生的遗传图谱的图。其中，分别用不同的颜色标记与Hwayeongbyeo相同的PCR结果和与Hwayeongbyeo不同的PCR结果。
具体实施方式
本发明中，术语“变化区域”意味着其中使基因或染色体变化的区域，并且可用密集突变块(DMB)表示。即，术语“变化区域”可意味着其中品种之间的基因差异存在的区域，也可意味着单核苷酸变化(SNV)密集的区域。更具体地，本发明中，当区域中每个都不同于基因组信息中的参比基因组的单核苷酸变化(SNV)的数目为4以上每10kb时，将该区域定义为变化区域。
本发明中，术语“单核苷酸变化(SNV)”也称为“单核苷酸多态性(SNP)”，并且意味着单核苷酸中的多态性。即，单核苷酸变化(SNV)是指其中关于每个染色体、整个基因组的一些核苷酸不同的情形。通常，已知SNV以约1个/300-1000个核苷酸的比率存在，但本发明并不限于此。
本发明中，术语“插入缺失标志物”统称为其中将一些碱基插入DNA的碱序列中或从中缺失一些碱基的变化。采用将有关实验中使用的品种的基因组信息与有关参比基因组的基因组信息进行比较和分析的方法，插入缺失标志物检测其中碱基插入或缺失的区域，并且制成基于该信息的引物。因此，与参比基因组的条带大小相比，可将其扩增结果分类为大的条带大小的类型(插入)和小的条带大小的类型(缺失)。
本发明中，术语“参比基因组”意味着农作物品种的基因组，其为本发明的品种识别中的标准。优选地，在豆类品种的情况下，Williams82的基因组可用作参比基因组，在稻米品种的情况下，Hwayeongbyeo的基因组可用作参比基因组。但是，本发明并不限于此。
本发明中，术语“回交”意味着使由两个亲本品系之间的杂交得到的植物与该亲本品系中的一个杂交的过程。回交中使用的亲本品系称为轮回亲本品系。反复回交能够使基因组具有纯质性或近亲繁殖，并且能够使基因组与轮回亲本基因组相似。
本发明中，术语“轮回亲本品种”意味着用于回交几次的亲本品种。
本发明中，术语“杂区域”意味着由于在品种繁殖过程中没有发生对于母本品系或父本品系的纯合，因此其中母系染色体的条带和父系染色体的条带同时存在的区域。作为标志物的扩增的结果，在区域中检测到母系结果和父系结果两者时，可将该区域定义为杂区域。
以下将参照附图对根据本发明的品种识别-编码系统和使用其的编码方法进行说明。
首先，将参照图1对根据本发明的品种识别-编码系统示意地进行说明。
根据本发明的品种识别-编码系统包括染色体-解码模块100、变化区域-检测模块200、扩增结果-获得模块300、编码模块400和输出模块500。
染色体-解码模块100用于将参比基因组品种的染色体和目标品种的染色体解码。可采用本领域中公知的方法进行染色体的解码。
根据本发明的实施方案，为了提取用于解码染色体的DNA，将本领域中已知的147个豆类品种(表1)和282个稻米品种(表2)分别在种子繁殖箱中播种15天以得到新叶，从新叶中收集组织，并且采用SaghaiMaroofmethod(1984)分别从组织中提取DNA。将在-70℃下冷冻和贮存的豆类叶子放入研钵中，并且立即粉碎成粉末，同时用20mL的氮气冷却以得到样品。将5mL-10mL的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)添加到每个样品中。然后，将每个样品进一步细粉碎，放入25mL离心管中，然后在60℃下的水槽中振动2小时以上。将10mL的氯仿/异戊醇(24:1)的溶液添加到各个样品中后，通过用手翻倒来将产物混合，然后在4℃下以3200rpm的旋转速度离心分离15分钟以得到上清液。将该上清液引入新管中，并且向其中添加10μL的RNaseA(10mg/mL)。30分钟后，将异丙醇添加到管的约2/3高度以使DNA沉淀以得到DNA颗粒。从管中将得到的DNA颗粒取出，在70℃下添加到20mL的乙醇和10mMNH4OAc中，然后静置整夜。然后，将DNA颗粒干燥，并且向其中添加1mL的10mMNH4OAc和0.25MEDTA。与λDNA一起在1％琼脂糖凝胶中确认提取的DNA，并且定量为20ng/μL以在实验中使用。
然后，产生用于解码染色体碱基序列而提取的每个品种的DNA的DNA文库，并且根据由IlluminaCorporation制造的序列分析仪(HiSeq2000)中的标准协议对每个品种的碱基序列进行解码。将作为其结果产生的101bp或104bp的短读用于生物信息学分析。作为用于生物信息学分析的参比基因组，在豆类品种的情况下，使用了Gmax109大豆参比基因组(Schmutz等,2010)，且，在稻米品种的情况下，使用了IRGSPbuild4稻米参比基因组(Goff等，2002)。通过BWA演算法(Li和Durbin，2009)0.5.9.版使用上述的参比基因组进行其生物信息学分析。
[表1]
[表2]
通过单核苷酸变化(SNV)密集区域分析，变化区域-检测模块200从解码的染色体中检测变化区域。在变化区域的检测中，在对要分析的品种的碱基序列信息与参比基因组的碱基序列信息进行比较的同时检测单核苷酸变化(SNV)。在这种情况下，表示碱基序列信息与参比基因组的基因组信息之间的差异的单核苷酸变化(SNV)的数为4个以上每10kb时，本发明中，将该变化区域称为密集突变块(DMB)。
具体地，在90kb的间隔内存在与任何变化区域相邻的另一变化区域时，这些变化区域可结合起来成为一个变化区域。进而，将变化区域以外的区域表示为普通区域，且在30kb的间隔内存在相邻的普通区域时，可将该普通区域表示为相同的区域。为了将上述内容可视化，在对染色体的显示中，可用灰格子标记DMB，并且可用白色标记普通区域。但是，本发明并不限于此。
具体地，根据本发明的实施方案，为了豆类品种的基因组中的变化区域的检测，将Baekwoonkong、Sinpaldalkong2、Daepung和Hwangkeumkong的5个豆类品种的全长基因组和作为参比基因组的Williams82的全长基因组进行解码。作为通过基于解码的基因组信息的单核苷酸变化(SNV)密集区域分析检测变化区域的结果，对20个染色体进行分析时，检测到全部2,274个变化区域，并且对于每个染色体，在染色体3中检测到161个变化区域(最多区域)，而在染色体14中检测到65个变化区域(最少区域)(表3)。这些中，在染色体1的情况下，确认通过解码6个豆类品种而检测到112个变化区域(图4A)。
进而，为了稻米品种的基因组中的变化区域的检测，将包括Ilpum稻米、温带稻米、热带稻米和风味稻米的24个稻米品种的全长基因组以及作为参比基因组的NipponBarre的全长基因组进行解码。作为通过基于解码的基因组信息的单核苷酸变化(SNV)密集区域分析检测变化区域的结果，对12个染色体进行了分析，检测到全部2,797个变化区域，并且对于每个染色体，在染色体1中检测到335个变化区域(最多区域)，而在染色体10中检测到181个变化区域(最少区域)(表4)。
扩增结果-获得模块300用于通过在检测的变化区域中设置插入缺失标志物并且用PCR将设置的插入缺失标志物扩增而获得扩增结果。
根据本发明的实施方案，为了选择变化区域特定的插入缺失标志物，使用基于上述分析的碱基序列的引物3程序，来设计插入缺失标志物，并且将扩增产物的预期大小设定为100bp-150bp。将PCR反应的混合物(mastermix)的量设定为10μL，并且使该混合物经构成以包括20ng的基因组的DNA、0.4pmol的各个引物和5μL的GoTagGreenMasterMix(Promega,Madison,WI,美国)。在PCR扩增中，使用Biometra热循环仪(Biometra,Gottingen,德国)在95℃下进行最初的变性5分钟，在95℃下进行二次变性30秒，在48℃下进行退火30秒，在合计34个循环过程中在72℃下反复进行扩增30秒，在72℃下进行最后的扩增10分钟，然后在4℃下完成PCR扩增反应。将扩增的PCR产物装入琼脂糖凝胶中，然后在150V的电压下进行电泳60分钟-80分钟。电泳后，用溴化乙锭(EtBr)对PCR产物进行染色，然后使用UV观察条带。
为了通过上述方法选择豆类品种的变化区域特定的插入缺失标志物，最初基于基因组-解码信息设计73,327个标志物。基于该信息，对于每个染色体，制造20个插入缺失标志物引物，并且选择202个标志物，其具有插入缺失标志物的特性，其中将两种条带精确地扩增(表3)。结果，每个染色体的选择的标志物的数目分布在8-12的范围内，并且选择的标志物的PIC平均值为0.38(表3)。
[表3]
进而，为了选择稻米品种的变化区域特定的插入缺失标志物，最初基于基因组-解码信息设计12,174个标志物。这些中，制造表示品种特定的变化区域的20个插入缺失标志物引物，并且选择112个标志物，其具有插入缺失标志物的特性，其中将两种条带精确地扩增(表4)。结果，每个染色体的选择的标志物的数目分布在8-10个的范围内，并且选择的标志物的PIC平均值为0.37(表4)。
[表4]
同时，当参比基因组品种的扩增结果的条带大小与目标品种的扩增结果的条带大小相同时，扩增结果-获得模块300获得作为“a”的扩增结果，并且当参比基因组品种的扩增结果的条带大小与目标品种的扩增结果的条带大小不同时，获得作为“b”的扩增结果。其中，只要它们根据条带大小彼此不同，将扩增结果限制于“a”或“b”。
然后，编码模块400用于将其扩增结果编码。
具体地，编码模块400将扩增结果“a”转化为数字信号“0”以用白色标记，并且将扩增结果“b”转化为数字信号“1”以用黑色标记。编码模块400能够使用白色和黑色标记产生条形码。进而，编码模块400用白色标记数字信号“0”，并且用黑色标记数字信号“1”。但是，对其颜色并无限制。
该条形码可选自一维表达和二维表达。
将一维表达的条形码的实例示于图6A和6B中。通过将染色体1至n线性地连接而产生条形码。将二维表达的条形码的实例也示于图6A和6B中。二维表达的条形码的有利之处在于能够马上容易地理解每个染色体的DMB特定的图案。
根据本发明的另一实施方案的品种识别-编码系统可包括接收目标品种的表型并且将其表型传送到输出模块500的表型输入模块510。能够将每个品种的表型，例如植物类型、花颜色、种子形状、腹部颜色等输入表型输入模块510。其表型并不限于此。因此，由于品种的名称和表型两者都被表示，能够马上理解品种的特性。
同时，输出模块500能够输出两个以上的编码结果。
例如，如图7A和7B中所示，通过二维表达将两个以上的编码结果输出，但也可将有关雌性或雄性品种的信息作为谱系树输出。
由于每个品种具有其特定的变化区域(DMB)图案，因此清楚地与其他品种区分。因此，本发明的品种识别-编码系统能够容易地用于识别品种。
根据本发明的实施方案，当将本发明的系统应用于通过使用Baekwoonkong作为雌性品种且使用Sinpaldalkong作为雄性品种繁殖的Daepung和Singi的两个品种时，发现能够精确地检测对于每个染色体的变化区域(DMB)是来源于雌性品种还是雄性品种。具体地，当将染色体1用作目标时，在Singi的情况下，其前部分的特定的变化区域(DMB)来源于Sinpaldalkong2，并且其后部分的特定的变化区域(DMB)来源于Baekwoonkong，而在Daepung的情况下，其倾向于显示与Singi相反的结果，因此能够确认更频繁地发生重组(图7B)。
进而，当将本发明的系统应用于通过使用Hwayeongbyeo作为雌性品种且使用YR1360ACP222作为雄性品种繁殖的Sobibyeo和Sindonjinbyeo的两个品种时，能够精确地检测对于每个染色体的变化区域(DMB)是来源于雌性品种还是雄性品种。具体地，由图7B的谱系树能够看到黑色区域来源于雄性品种，尽管没有有关雄性品种的数据。
对于另一实例，输出模块500通过二维表达输出两个以上的编码结果，但能够自动地或手动地检测两个以上的二维表达之间的差异并且用白色和黑色以外的颜色标记这些差异。
进而，本发明的品种识别-编码系统能够应用于通过回交繁殖的品种的识别。使用常规的分子标志物的品种的识别具有的限制在于，通过回交繁殖的品种与用作轮回亲本的品种具有非常高的遗传相似性，因此难以区分这两个品种。
根据本发明的实施方案，当将本发明的编码系统应用于Sinhwa(使其繁殖以将RSVI(抗大豆花叶病毒(SMV)基因)引入Sowonkong)、Singang(将RSV3引入其中)和Sowonkong(其用作轮回亲本)时，Sinhwa和Singang两个品种与Sowonkong具有非常高的遗传相似性，但通过它们自身的特定的变化区域(DMB)图案(图8A)能够精确地区分每个品种。
进而，能够自动地或手动地检测在其设置转基因位点的DMB。如其中用白色和黑色以外的颜色标记DMB的图8中所示，如图中所示精确地检测到上述DMB和没有被Sowonkong完全替代的其他DMB。因此，确认该系统能够有效地用于回交繁殖的轮回亲本基因选择(背景选择)(图8A)。
同时，作为将本发明的品种识别-编码系统应用于通过回交繁殖开发的稻米品种的结果，确认能够清楚地区分具有非常高的遗传相似性的品种(Ilmi和Saeilmi)，并且也能够检测没有被轮回亲本品种完全替代的区域和转基因区域(图8B)。
进而，本发明的品种识别-编码系统能够应用于变异品种的识别(图9)。
根据本发明的实施方案，作为将本发明的品种识别-编码系统应用于Baekjinju和Seolgang(通过用作为突变体诱导源的N-甲基-N-亚硝基脲(MNU)处理Iipum稻米而繁殖)的结果，确认在两个品种中都精确地检测到不同于Ilpumbyeo的那些的区域。具体地，考察发现Baekjinju中的染色体1、3、8和9之一不同于Ilpum中的那些，并且Seolgang中的染色体3和4之一不同于Ilpum中的那些。
进而，为了测定本发明的品种识别-编码系统的精确性，以0.68的遗传相似性将282个稻米品种分类为12个组(表2和图10A)。这些组中，作为将本发明的系统应用于组10(G10)中具有高遗传相似性的目标品种的结果，即使在具有0.997的遗传相似性的Dongbo和Younghae的情况下，也精确地检测到与Hwayeongbyeo中的那些不同的每个位置(染色体4和8之一)，由此确认如下事实：本发明的系统的品种识别能力非常精确(图10A和10C)。同样地，即使将本发明的系统应用于组12(G12)中具有高遗传相似性的目标品种时，确认精确地检测到在具有高遗传相似性的Jungwon、Jangsung和Cheongcheong的三个品种、Keunsum、Hanareum和Hanareum2的三个品种以及Gaya、Yongmun和Samgang的三个品种中具有差异的位置(图11A)。
这暗示即使在与原品种具有高遗传相似性的品种的识别中，本发明的品种识别-编码系统也能够有效地使用。
对于又一实例，如图11A和11B中所示，输出模块500通过二维表达输出两个以上的编码结果，但能够自动地或手动地检测杂区域并且用白色和黑色以外的颜色标记这些杂区域。
具体地，为了研究品种的固定化的程度，能够应用本发明的品种识别-编码系统。
在包括通过杂交开发其品种的豆类的农作物的情况下，育种品系的固定化对应于对于品种的单一性和稳定性非常重要的因素。
根据本发明的实施方案，将本发明的品种识别-编码系统应用于147个品种时，确认由于用白色和黑色以外的颜色标记杂区域，因此Cheongjakong(染色体14的三个区域)和Pungwonkong(染色体3、4、10和13的每个的一个区域)没有完全地被固定(图11A)。
进而，由于其能够精确地检测任何染色体的任何区域是否为杂区域，因此本发明的品种识别-编码系统能够应用于分离和育种品系的快速的固定化。具体地，如图11B中所示，由于单一型稻米品种中的特定的非均相反应的发生能够由该标志物表示，因此染色体8的RDMB_ID_08_20标志物能够有用地用于识别单一型稻米品种(图11B)。
而且，能够使用本发明的品种识别-编码系统在染色体水平上产生染色体图谱(遗传图谱)(图12A和12B)。由于染色体水平上染色体图谱(遗传图谱)的产生，能够有效地进行品种之间相似性、种群结构等的分析，并且能够迅速地检测染色体水平上变化区域(DMB)的变化，原因在于新繁殖品种的重组模式的研究成为可能。
接下来，参照图2对根据本发明的品种识别-编码方法进行说明。
首先，染色体-解码模块100将参比基因组品种的染色体与目标品种的染色体解码(S100)。
接下来，变化区域-检测模块200通过单核苷酸变化(SNV)密集区域分析由解码的染色体检测变化区域(S200)。在上述系统中已对检测变化区域的具体方法进行了说明。其中，参比基因组品种是必定需要的。作为参比基因组品种，优选地，在豆类的情况下，可使用Williams82，并且在稻米的情况下，可使用Hwayeongbyeo。但是，本发明并不限于此。用户能够通过直接设定参比品种来使用所需的品种。
例如，通过使用Daepung作为参比品种并且使用用于开发鉴定条形码的新品种作为比较品种来进行实验时，首先，通过用于两个品种而开发的插入缺失标志物而进行PCR，然后将扩增结果解码。这种情况下，当两个品种的条带大小彼此相同时，将其表示为“a”，当其条带大小彼此不同时，将其表示为“b”。然后，将固定的参比基因组信息与Daepung比较，并且基于参比基因组将有关比较品种的数据转化，由此将目标品种编码。
在此，当参比基因组品种的扩增结果的条带大小与目标品种的扩增结果的条带大小相同时，将扩增结果表示为“a”，当参比基因组品种的扩增结果的条带大小不同于目标品种的扩增结果的条带大小时，将扩增结果表示为“b”。在此，只要它们根据条带大小彼此不同，将扩增结果限制于“a”或“b”。
接下来，扩增结果-获得模块300在检测的变化区域中设置插入缺失标志物并且通过PCR将设置的插入缺失标志物扩增以获得扩增结果(S300)。在上述系统中已对获得扩增结果的具体方法进行了说明。
接下来，编码模块400对其扩增结果编码(S400)。
其中，编码模块400将扩增结果“a”转化为数字信号“0”以用白色标记，并且将扩增结果“b”转化为数字信号“1”以用黑色标记。进而，相反地，编码模块400用白色标记数字信号“0”并且用黑色标记数字信号“1”。但是，对其颜色并无限制。
以这种方式，输出模块500能够将编码结果表达为条形码。
进而，用户能够选择性地通过一维表达和二维表达来输出编码结果。
进而，用户通过表型输入模块510将目标品种的表型输入以与编码结果一起输出目标品种的表型(S500)。
同时，可只通过条形码输出编码结果。但是，实施方案中，通过二维表达来输出两个以上的编码结果，但也可将有关雌性或雄性品种的信息作为谱系树输出。以这种方式，能够容易地确定重组的程度，因此能够更有效地识别品种。
另一实施方案中，输出模块500通过二维表达输出两个以上的编码结果，但能够自动地或手动地检测两个以上的二维表达之间的差异并且用白色和黑色以外的颜色标记这些差异以区分回交的品种和轮回亲本品种。以这种方式，能够克服使用常规的分子标志物的品种的识别中的限制，并且也能够识别具有非常高的遗传相似性的两个品种。
又一实施方案中，输出模块500通过二维表达输出两个以上的编码结果，但能够自动地或手动地检测杂区域并且用白色和黑色以外的颜色标记这些杂区域以区分品种的固定化的程度。以这种方式，分离和育种品系的快速固定化成为可能，因此本发明能够有助于品种的单一性和稳定性。

Claims (18)

1.品种识别-编码方法，包括下述步骤：
(a)使用染色体-解码模块(100)对参比基因组品种的染色体和目标品种的染色体进行解码；
(b)使用变化区域-检测模块(200)通过单核苷酸变化密集区域分析来检测解码的染色体中的变化区域；
(c)使用扩增结果-获得模块(300)，将插入缺失标志物设置在检测的变化区域中并且通过聚合酶链式反应(PCR)将所述插入缺失标志物扩增以获得扩增结果；和
(d)使用编码模块(400)将所述扩增结果编码。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，在所述步骤(c)中，当参比基因组品种的扩增结果的条带大小与目标品种的扩增结果的条带大小相同时，用“a”表示所述扩增结果，当参比基因组品种的扩增结果的条带大小与目标品种的扩增结果的条带大小不同时，用“b”表示所述扩增结果。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中所述步骤(d)包括下述步骤：
(d1)将所述扩增结果“a”转化为数字信号“0”以用白色标记，并且将所述扩增结果“b”转化为数字信号“1”以用黑色标记。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括下述步骤：
(e)在步骤(d1)后使用输出模块(500)通过一维表达或二维表达将所述编码结果输出。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中步骤(e)包括下述步骤：
将目标品种的表型与所述编码结果一起输出。
6.根据权利要求4所述的方法，
其中使用两种以上的目标品种，并且
所述步骤(e)是将两种以上的目标品种的两种以上的编码结果输出的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中用二维表达表示所述两个以上的编码结果，并且将有关其雌性或雄性品种的信息作为谱系树输出。
8.根据权利要求6所述的方法，
其中所述步骤(e)包括下述步骤：
通过二维表达将所述两个以上的编码结果输出并且检测具有所述两个以上的二维表达之间的差异的区域；和
用白色和黑色以外的颜色标记所检测的区域以区分回交的品种和轮回亲本品种并且将这些品种输出。
9.根据权利要求6所述的方法，
其中所述步骤(e)包括下述步骤：
通过二维表达将所述两个以上的编码结果输出并且检测杂区域；和
用白色和黑色以外的颜色标记所述杂区域以区分品种的固定化的程度并且输出这些品种。
10.品种识别-编码系统，包括：
对参比基因组品种的染色体和目标品种的染色体进行解码的染色体-解码模块(100)；
通过单核苷酸变化密集区域分析来检测解码的染色体中的变化区域的变化区域-检测模块(200)；
将插入缺失标志物设置在检测的变化区域中并且通过聚合酶链式反应(PCR)将所述插入缺失标志物扩增以获得扩增结果的扩增结果-获得模块(300)；和
将所述扩增结果编码的编码模块(400)。
11.根据权利要求10所述的系统，
其中当所述参比基因组品种的扩增结果的条带大小与所述目标品种的扩增结果的条带大小相同时所述扩增结果-获得模块(300)获得作为“a”的所述扩增结果，并且当所述参比基因组品种的扩增结果的条带大小与所述目标品种的扩增结果的条带大小不同时获得作为“b”的所述扩增结果。
12.根据权利要求11所述的系统，
其中所述编码模块(400)将所述扩增结果“a”转化为数字信号“0”以用白色标记，并且将所述扩增结果“b”转化为数字信号“1”以用黑色标记。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括：
通过一维表达或二维表达将由所述编码模块(400)编码的结果输出的输出模块(500)。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括：
接受目标豆类品种的表型并且将其表型传送到所述输出模块(500)的表型输入模块(510)。
15.根据权利要求13所述的系统，
其中所述输出模块(500)输出两个以上的目标品种的两个以上的编码结果。
16.根据权利要求15所述的系统，
其中所述输出模块(500)通过二维表达输出所述两个以上的编码结果，并且将有关其雌性或雄性品种的信息作为谱系树输出。
17.根据权利要求15所述的系统，
其中所述输出模块(500)通过二维表达输出所述两个以上的编码结果，并且检测在所述两个以上的二维表达之间具有差异的区域以用白色和黑色以外的颜色标记所检测的区域。
18.根据权利要求15所述的系统，
其中所述输出模块(500)通过二维表达输出所述两个以上的编码结果，并且检测杂区域以用白色和黑色以外的颜色标记所述杂区域。
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