KR100490483B1

KR100490483B1 - 무사마귀병 내성 식물의 효과적 선발을 위한 유전자 마커,프라이머 키트 및 무사마귀병 내성 식물의 선발 방법

Info

Publication number: KR100490483B1
Application number: KR10-2001-0006352A
Authority: KR
Inventors: 임용표; 박종운; 장창순
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2005-05-17
Also published as: KR20020066106A

Abstract

본 발명은 무사마귀병 내성 식물을 신속하게 선발하기 위한 DNA 마커, 상기 DNA 마커를 증폭시키기 위한 올리고뉴클레오타이드 프라이머 키트, 및 상기 프라이머 키트를 사용한 무사마귀병 내성 식물 품종 선발 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 방법을 사용하여 무사마귀병균 레이스 특이적 내성 유전자를 가진 식물을 신속하고 안정적으로 선발할 수 있다.

Description

무사마귀병 내성 식물의 효과적 선발을 위한 유전자 마커, 프라이머 키트 및 무사마귀병 내성 식물의 선발 방법 {DNA marker, primer kits, and method for effective detection of clubroot disease resistant plant}

본 발명은 무사마귀병(clubroot disease) 내성 식물 품종을 효과적으로 선발하기 위한 핵산 마커(marker), 보다 구체적으로는, 작물의 무사마귀병 레이스(race) 특이적 내성 유전자에 대한 DNA 마커, 상기 DNA 마커를 증폭시키기 위한 올리고뉴클레오타이드 프라이머 키트, 및 상기 프라이머 키트를 사용하여 무사마귀병 내성 식물 품종을 선발하는 방법에 관한 것이다.

무사마귀병은 뿌리혹병 또는 근류병이라고도 불리는 토양전염병으로서 원생동물계의 뿌리혹균목에 속하는 절대기생균인 진균의 일종인 Plasmodiophora brassicae WORON.에 의해 발병된다. 무사마귀병은 배추(Brassica campestris L. ssp. pekinensis 또는 Brassica rapa L. ssp. pekinensis), 양배추(Brassica oleracea L.), 브로콜리(broccoli), 꽃양배추(cauliflower), 케일(kale), 갓, 순무(turnip or Brassica rapa), 유채, 무(radish)를 포함하는 십자화과 채소(Crucifers)의 뿌리에 부정형의 혹(gall or club)을 형성하여 뿌리의 기능을 약화 내지 상실케 하는 병으로서 세계 각지에서 큰 피해를 입히는 병이다. 그러나 이러한 피해에도 불구하고 무사마귀병은 그 원인균이 토양내에서 휴면포자(resting spore) 상태로 잔존하기 때문에 약제 투여나 토양 pH 조절 (예컨대, 7.2 이상), 토양증기소독 등의 전통적 방법으로는 방제효과가 크지 않을 뿐 아니라 환경오염의 우려도 있어서, 내병성 품종 육종을 통한 대응이 무엇보다도 시급한 실정이다. 그런데 무사마귀병 내성 품종을 육성하기 위해서는 무사마귀병 내성 개체를 신속, 용이하게 선발할 수 있어야 되는데, 휴면포자를 뿌리나 토양에 직접 접종하여 내성을 검정하는 전통적 방식("유묘검정법")은 포자의 분리 및 동정에 장시간이 소요되고, 접종식물체의 건강상태나 환경의 영향을 받아 재현성이 떨어지는 등의 문제가 있었다. 더구나, 무사마귀병균에는 적어도 16 종(표 1; Williams, P. H., 1966, Phytopathology 56: 624-626. 참조)의 레이스가 분화되어 있어서 최악의 경우 이들 레이스 모두에 대해 각각 내성 검정을 수행해야 하는 문제가 있다.

최근 급속하게 개발되고 있는 DNA 마커는 무사마귀병의 진단에 수반된 종래 기술의 문제를 해결할 수 있는 유력한 방안으로서, DNA 마커를 이용하여 내성 개체를 선발("marker-assisted selection")하면 환경의 영향을 받지 않고 신속 용이하고 안정적으로 식물체(식물조직 포함)를 선발할 수 있는 장점이 있어서 이를 품종 육성에 활용하기 위한 시도가 광범위하게 행해지고 있다 (Kumar, L. S., 1999, DNA markers in plant improvement: An overview, Biotechnology Adv. 17: 143-182. 참조).

그런데, 예를 들면 배추(B. campestris ssp. pekenensis)의 무사마귀병 내성 유전자에 대한 DNA 마커는 많은 노력에도 불구하고, 단, 2 건의 예(Kuginuki, Y. et al., 1997, Euphytica 98: 149-154; Kikuchi, M. et al., 1999, Breeding Sci. 49(2): 83-88.) 만이 보고되어 있을 뿐이다. 더구나, 이들 두 예 중 Kikuchi 등(1999)의 보고는, Kuginuki 등(1997)이 발견한 RAPD 마커에 대한 기술적 개량에 지나지 않으므로 실질적으로는 단 하나의 예만이 보고되어 있다고 볼 수 있다.

Kuginuki 등(1997) 및 Kikuchi 등(1999)이 보고한 RAPD 마커는 "Williams의 판별기주(Williams' differential hosts) (Williams, P. H., 1966, 상기함)에 의한 분류"에 의한 "race 2" 균주에 대한 내성 마커에 해당한다. 그런데 RAPD 마커는 연쇄중합반응시 길이가 짧은 프라이머를 사용하기 때문에 재현성에 문제가 있는 바, 후속 논문인 Kikuchi 등(1999)에서 RAPD 마커의 서열을 분석한 뒤, 이 서열의 일부에 상보적인 프라이머 쌍을 설계하고, 이를 연쇄중합반응에 사용함으로써 그 재현성을 높인 것이다. 한편, 무사마귀병균은 배추의 경우 현재 적어도 16 종의 레이스로 분화되어 있고, 이 레이스별로 각기 다른 내성 유전자가 관여할 가능성이 있다. 따라서 기존의 DNA 마커를 사용하기 편리하도록 개량(예컨대, 향상된 재현성, 연관 정도가 큰 마커의 발견 등)하는 것만으로는 부족하고, 레이스 특이적 내성 유전자에 대한 마커를 개발하지 않으면 안 된다. 현재까지, Kuginuki 등(1997)이 보고한 "race 2"에 대한 RAPD 마커가 배추 무사마귀병 내성에 대해 알려진 유일한 DNA 마커의 예라는 사실은, 게놈 DNA 서열상의 다형성을 탐색하는 기존의 RFLP나 RAPD 기법이 효율면에서 한계가 있다는 점을 간접적으로 시사하는 것이라고도 볼 수 있다. 더구나 Kuginuki 등(1997) 및 Kikuchi 등(1999)이 보고한 마커는 실용화하기에는 내성 유전자와의 연관 정도 면에서 아직 미흡한 점이 있다 (Kikuchi, M. et al., 1999, Breeding Sci. 49(2): 83-88. 특히 p.86 Table 4 참조).

따라서, 본 발명은 중요한 채소류, 예컨대 배추의 무사마귀병 내성 품종 육성에 활용할 수 있는 방안에 대하여 예의 연구한 결과, 배추 주산지 토양으로부터 무사마귀병 휴면 포자를 분리, 동정하여 얻은 레이스를 유묘접종법에 의해 접종하여 레이스 특이적 내성 배추 개체를 찾은 다음, 이 내성 배추를 이병성 배추와 교배한 유전분석을 통하여 무사마귀병 내성이 핵내 유전자에 의해 유전되고, 그 내성 유전자는 후술하는 본 발명의 DNA 마커와 매우 가까이 연관되어 있어서, 무사마귀병 내성 유전자 마커로 이용될 수 있다는 사실을 발견하고 이러한 발견에 터잡아, DNA 마커 탐색 기술을 사용하여 확인된 무사마귀병균의 레이스 특이적 내성 유전자에 대한 신규의 DNA 마커 및 이 DNA 마커를 증폭시키기 위한 올리고뉴클레오타이드 프라이머 키트를 이용하여 무사마귀병 내성 식물 품종 또는 채소를 효과적으로 선발하기 위한 방법을 개발하는데 성공하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 무사마귀병 내성 배추를 신속, 용이하고 안정적으로 선발하는데 활용할 수 있는 무사마귀병균 레이스(race) 특이적 DNA 마커, 상기 DNA 마커를 증폭시키기 위한 올리고뉴클레오타이드 프라이머 키트 및 상기 DNA 마커 및 상기 프라이머 키트를 사용하여 무사마귀병 내성 배추를 선발하는 방법을 제공한다. 더욱 구체적으로, 본 발명은

(1) 식물의 무사마귀병 선발용 마커로 사용할 수 있는 후술하는 바의 서열번호 1로 표시되는 이중나선 DNA 서열의 적어도 일부를 포함하는 DNA 단편,

(2) 상기 DNA 서열의 적어도 일부에 상보적이고, 서열 번호 4 내지 9의 올리고뉴클레오티드 하나 이상의 조합을 포함하는 채소의 무사마귀병 내성 품종의 선발용 프라이머 키트.

(3) (a) 유전자를 선별하고자 하는 식물체로부터 게놈 DNA를 추출하고, 증폭시킨 밴드를 검출함으로써 식물의 무사마귀병균 내성 유전자 마커 DNA를 탐색하는 단계,

(b) 그 게놈 DNA 서열의 적어도 일부에 상보적인 하나 이상의 올리고뉴클레오티드 프라이머를 컴퓨터 프로그램을 이용하여 디자인하고,

(c) 공시 식물 게놈을 상기 프라이머와 함께 중합효소 연쇄 반응을 수행하고,

(d) 상기 식물체가 상기 마커를 포함하는지를 확인하는 단계를 포함하는

무사마귀병균 내성 품종을 식별하는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 용이하게 이해할 수 있도록 본 발명에서 사용된 용어 및 관련 기술에 관하여 설명하고자 한다.

본 발명에서 사용된 용어, "식물 품종"은 무사마귀병이 걸릴수 있는 식물로서 채소, 예컨대 배추(Brassica campestris L. ssp. pekinensis 또는 Brassica rapa L. ssp. pekinensis), 양배추(Brassica oleracea L.), 브로콜리(broccoli), 꽃양배추(cauliflower), 케일(kale), 갓, 순무(turnip or Brassica rapa), 유채, 무(radish)를 포함하는 십자화과 채소(Crucifers) 및 이들의 조직(tissue)이나 종자를 포함한다.

"유전자 마커"(예컨대, 내병성 유전자 마커)란, 유전자 자체는 아니지만 유전자와 유전적으로 매우 "가까이 연관(closely link)"되어 있어서, 그 마커가 존재하면 곧 당해 유전자, 예컨대 내병성 유전자가 존재한다고 단정할 수 있을 정도의 고도의 개연성이 있는 경우를 말한다. 즉, 마커란, 유전자와의 염색체상의 위치가 매우 가까워서 유전자와 동시에 유전될 확률이 매우 높은 경우이다. 여기서 "가까이 연관"되어 있다는 말은 유전자 마커가 유전 또는 육종에 실용상 활용할 수 있는 정도로 염색체상에 물리적 또는 유전적으로 가까이 위치해 있다는 의미로서, "가까이"란 "실용적 이용 가치가 있는 정도"라는 상대적 의미로 쓰인 것이다. 예를 들면, 본 발명의 식물 무사마귀병 내성 DNA 마커가 무사마귀병 내성에 대한 유전자 마커로 이용될 수 있다는 말은, 상기 DNA 마커가 무사마귀병 내성 유전자와 "가까이 연관"되어 있어서 상기 DNA 마커의 유무만 검출하더라도 무사마귀병 내성 유전자를 가진 식물을 선발하는데 실용적으로 무리가 없다는 것을 의미한다.

유전자 마커는 표현형 마커(phenotypic marker)와 생화학적 마커(biochemical marker), 분자 마커(molecular marker)로 대별된다. "표현형 마커"는 식물체의 외형상 관찰되는 형질이 특정 유전자의 마커로 기능하는 경우로서, 식별이 용이하다는 장점이 있으나 식물체의 외관상 차이로 판단하기 때문에 환경의 영향을 많이 받을 뿐 아니라, 생장 초기에 관찰될 수 없는 형질의 경우에는 그 형질이 발현될 때까지 오랜 시간 기다려야 하는 문제가 있다. "생화학적 마커"는 주로 단백질이나 효소의 아미노산서열(길이 및/또는 조성)상의 다형성(polymorphism)을 마커로 이용하는 경우로서 이 중 동위효소(isozyme) 마커가 가장 많이 활용된다. 생화학적 마커는 신속 정확하게 판정할 수 있는 장점이 있으나, 전기영동 겔(gel)상에서 판별될 수 있는 다형유전자좌(polymorphic loci)가 드물어서 실용상 한계가 있다는 문제가 있다. 여기서, 다형유전자좌란, 예컨대, 전기영동 겔 상의 밴드가 내성 계통과 감수성 계통의 시료간에 차이를 보이는 경우 ("다형성" 또는 "polymorphism")로서, 이러한 밴드상의 다형성이 멘델법칙에 따라 유전하는 경우에는 일반 표현형 유전자 좌와 동일하게 취급될 수 있기 때문에 붙여진 명칭이다.

"분자 마커"는 대부분의 경우 DNA 염기서열 상의 다형성을 이용하기 때문에 보통 "DNA 마커"라 부른다. "DNA 마커"는 전기영동 겔 상에 나타나는 DNA 절편상의 다형성에 근거한 것으로서, 동위효소 마커가 갖는 상기의 장점 외에도 내병성과 같은 유용 형질에 대한 마커로 활용할 수 있는 다형유전자좌가 많다는 장점이 있다. 다형유전자좌가 많다는 것은 유전자에 대한 마커를 쉽게 찾을 수 있다는 것을 의미하므로 마커로서 매우 유용하게 활용될 수 있음을 의미한다.

DNA 마커는 DNA 절편상의 다형성을 검출하는 방식에 따라, 염기서열간의 상보성(complementarity)을 이용하는 "hybridization-based marker"와 PCR(polymerase chain reaction; 연쇄중합반응) 기법에 의하는 "PCR-based marker"로 대별된다 (Kumar, L. S., 1999, DNA markers in plant improvement: An overview, Biotechnology Adv. 17: 143-182. 이 중 pp. 144-146 참조).

Hybridization-based marker는, 제한효소 절편(restriction fragments)에 특이적으로 상보적 결합(hybridize)하는 핵산서열 탐침자(probe)를 사용하여 검출되는 제한효소 절편의 크기 상의 다형성에 기초한 마커로서, RFLP 마커와 VNTR 마커가 여기에 속한다. 이 중 "RFLP(restriction fragment length polymorphism) 마커"는 제한효소 인식부위의 다형성 및 제한효소 인식부위 사이의 삽입(insertions)이나 결실(deletions)의 존재 여부에 기인하는, 제한효소 절편의 길이의 차이에 기초한 것이고, "VNTR(variable number tandem repeats) 마커"는 반복서열(repetitive sequence)상에서의 반복(repeats) 수의 차이에서 기인하는, 제한효소 절편의 길이의 차이에 기초한 마커이다. "Hybridization-based marker"는 Southern hybridization 기법을 이용하여 검출하므로 재현성은 있으나 마커의 검출에 이용되는 장치나 실험과정이 복잡하고 특히 유용 유전자 마커로 활용될 수 있는 다형유전자좌를 찾는 일이 쉽지 않다는 문제가 있다.

한편, "PCR-based marker"는, 임의의(random) 또는 특이적(specific) 프라이머로부터 연쇄중합반응에 의해 증폭("PCR 증폭")되는 DNA 절편("증폭 DNA")을 전기영동 겔 상에 전개하고, 여기서 검출되는 증폭 DNA 절편(amplified DNA fragments)의 길이의 다형성을 마커로 활용하는 방식이다. "PCR-based marker"의 예로 RAPD 마커와 AFLP 마커가 있다. "RAPD(random amplified polymorphic DNA) 마커"는 한 종류의 짧은 임의의 프라이머 (보통 9 또는 10 염기서열 길이)를 사용하여 게놈서열(genomic sequence)상의 임의의 특정 위치에서 PCR 증폭되는 증폭 DNA 절편의 길이상의 다형성에 기초한 마커이다. RAPD에 의한 방식은 마커를 검출하는 실험 과정이 간단하여 대량의 시료를 단시간에 검색할 수 있는 장점이 있으나, PCR 반응시 길이가 짧은 임의 프라이머를 사용하기 때문에 온도를 포함하는 실험조건에 민감하여 재현성이 떨어지는 문제가 있었다. 그러나 재현성이 떨어지는 문제는, RAPD 마커인 DNA 절편을 전기영동 겔에서 추출하여 클로닝하고, 이 염기서열을 분석("sequencing")하여, 이 서열을 기초로 특이(specific) 프라이머를 설계하여 PCR 반응을 수행함으로써 해결될 수 있다. 이를 일명 STS(sequence tagged site) 마커라 한다.

"AFLP(amplified fragment length polymorphism) 마커"는 가장 최근에 개발된 DNA 마커로서, 전기영동 겔 상에 전개된 제한효소 절편 상의 다형성("restriction fragment polymorphism" 또는 "RFP")을, 탐침자(labelled probe)가 아닌, 연쇄중합반응을 이용하여 검출하는 방식이다 (미국특허 제6045994호; Vos, P. et al., 1995, Nucleic Acids Res., 23(21): 4407-4414. 참조). AFLP 기법은, 탐침자(labelled probe)에 상보적으로 결합하는 제한효소 절편 만이 밴드상의 다형성 탐색 대상이 되는 RFLP 기법과 달리, "selective base"에 의해 선택된 제한효소 절편 전체를 대상으로 DNA 마커 탐색을 할 수 있고, 또, RFLP 기법은 시간과 노력이 많이 소모되는 Southern blot 기술을 이용하지만, AFLP 기법은 연쇄중합반응을 이용하므로 DNA 마커를 매우 효과적으로 찾을 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 제공하는 상기한 바의 무사마귀병 내성 품종을 식별하기 위한 DNA 마커는 제한효소 절편으로서, 전술한 AFLP 기법을 사용하여 대상 식물의 게놈 DNA의 제한효소 절편을 선택적 PCR 증폭하여 얻은 전기영동 겔 상의 DNA 밴드를 기초로 얻어진 것이다. 이 제한효소 절편은 다시 공지 방법으로 클로닝하여 그 염기서열분석(sequencing)을 하였고, 이 염기서열을 기초로 PCR용 프라이머 쌍을 설계하였다. 이 프라이머 쌍("프라이머 키트")은 공시 식물, 예컨대 배추의 게놈 DNA의 존재 하에 연쇄중합반응을 시켜 무사마귀병 내성 식물 품종을 신속, 용이하게 선발하는 방법에 이용될 수 있다. 본 발명이 제공하는 상기 DNA 마커는 무사마귀병균 레이스 특이적 내성 유전자에 대한 마커로서, 다른 모든 무사마귀병균 레이스에 대하여도 본 명세서에서 개시하는 실험절차와 기술 사상을 이용하여 각 레이스에 특이적인 무사마귀병 내성 유전자 마커를 찾을 수 있다. 또, 본 발명이 제공하는 프라이머 서열은 이에 상보적 염기서열을 갖는 식물, 구체적으로는 채소의 게놈 제한효소 절편에 특이적으로 결합(anneal)하여 이 제한효소 절편에 대해 PCR 증폭이 특이적으로 이루어지도록 하므로, 식물의 일부 조직이나 상기 제한효소 절편 부위를 포함하는 DNA 절편이 이전(transfer)된 다른 종의 생물체나 그 일부 조직에 상기 제한효소 절편과 동일한 게놈서열이 존재하는지 여부를 판단하는 수단으로도 이용될 수 있다.

레이스 특이적 무사마귀병 내성 유전자에 대한 DNA 마커란, 이상적으로는, AFLP 기법(미국특허 제6045994호; Vos, P. et al., 상기함)을 통해 그 다형성이 관찰되는 제한효소 절편 중, 레이스 특이적 내성 배추에서는 관찰되지만 이병성 배추에서는 관찰되지 않는 제한효소 절편을 말한다. 이러한 마커 DNA를 찾기 위해서는 그 전제로서 유묘접종법(즉 뿌리나 토양에 직접 포자를 접종하는 방법, 하기 실시예 C 및 Kim, D.-W. and J.-H. Oh, 1997, Korean J. Plant Pathol.13(2): 95-99. 참조)에 의해, 레이스 특이적 내성 식물 개체를 찾아야 되는데, 이를 위해서는 접종에 사용될 무사마귀병 휴면포자(resting spore)의 분리(isolation) 및 동정(identification)이 선행되어야 한다.

이하, 본 발명의 구성과 작용에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.

[DNA 마커]

본 발명의 DNA 마커는 배추 무사마귀병균 레이스 특이적 내성 유전자에 가까이 연관되어 있으므로, 무사마귀병 내성 배추를 신속, 용이하고 안정적으로 선발하는데 활용할 수 있으며, 무사마귀병 내성 식물을 선발하는데에도 효율적으로 이용될 수 있다.

본 발명이 제공하는 DNA 마커는, 전기한 "Williams(1966)의 무사마귀병균 레이스 판별기준"에 의한 "race 8"에 대한 내성 유전자에 대한 DNA 마커로서, "서열 1"에 기재된 256bp 길이의 DNA 절편을 포함한다. "서열 1"에 기재된 염기서열은, 상기 "race 8"에 대한 내성 유전자와 가까이 연관되어 있는 것을 특징으로 한다(도 1 참조). 이러한 본 발명의 DNA 마커는 올리고뉴클레오타이드 프라이머 쌍 조합을 어떻게 선택하느냐에 따라, ⅰ) "서열 1"에 기재된 염기서열 자체로 나타날 수 있고, 또는 ⅱ) "서열 1"에 기재된 염기서열의 일부로 나타날 수 있거나, 또는 ⅲ) "서열 1"에 기재된 염기서열의 적어도 일부를, 그 염기서열의 일부로서 포함하는 보다 큰 DNA 절편으로 나타날 수도 있다. 상기 DNA 절편들은 일반적으로 공시 식물로부터 추출한 게놈 DNA 존재하에 연쇄중합반응을 시켜 증폭시킨 다음, 전기영동 기술에 의해 밴드 형태로 검출할 수 있으며, 이들 밴드의 존재를 확인함으로써, 공시 식물 재료로부터 추출한 DNA 시료 상에 무사마귀병 레이스 특이적 내성 유전자가 존재 또는 부존재를 확인할 수 있다. 예컨대, "서열 2" 및 "서열 3"을 프라이머 쌍으로 사용하여 연쇄중합반응을 수행하면, 전기영동겔 상에 검출되는 DNA 절편은, "서열 1"에 기재된 염기서열 또는 그 일부에 "서열 2" 및 "서열 3" 프라이머 쌍 서열이 양 말단에 결합된 형태가 될 것인 바, 이는 상기 ⅰ) 또는 ⅱ)의 경우에 해당한다. 상기 ⅲ)의 예로서는, 프라이머 중의 하나는 "서열 1" 염기서열에 특이적으로 결합하는 것을 사용하고, 다른 하나의 프라이머는, RAPD 기술에서 사용하는 것과 같은 임의의 프라이머를 사용하여, "서열 1"의 염기서열의 적어도 일부를 포함하는 게놈 DNA 서열을 가진 PCR증폭 DNA 절편을 얻는 경우이다.

[프라이머 키트]

본 발명의 프라이머 키트는 "서열 1"의 염기서열에 상보적인 올리고뉴클레오타이드를 적어도 하나 포함하는 합성 올리고뉴클레오타이드 프라이머 쌍을 포함한다. 본 발명의 프라이머 키트는 "서열 1"의 염기서열의 적어도 일부를 포함하는 DNA 절편, 즉, 상기 DNA 마커를 식물, 예컨대 배추 게놈 DNA 존재하에 PCR 증폭시켜 전지영동 겔 상에서 용이하게 검출할 수 있게 하므로, 무사마귀병균 레이스 특이적 내성 배추를 신속하게 선발하는데 이용될 수 있다. 상기 올리고뉴클레오타이드는 12 내지 30 염기, 바람직하게는 12 내지 24 염기로 구성되며, 프라이머 쌍은 시판 또는 공개 컴퓨터 프로그램을 이용하여 결정할 수 있다 (Dear, P. H. (ed.), 1997, Genome Mapping, a practical approach, IRS Press, pp.13-15 참조).

본 발명이 제공하는 프라이머 키트의 바람직한 예는 "서열 2"와 "서열 3"에 기재된 올리고뉴클레오타이드를 프라이머 쌍으로 포함하는 것으로서, 이들은 무사마귀병균 "race 8"에 특이적인 내성 유전자에 대한 마커, 즉, "서열 1"의 DNA 절편을 PCR 증폭하는데 이용될 수 있다. "서열 2"는 전위 프라이머(forward primer), "서열 3"은 후위 프라이머(reverse primer)에 해당한다. 서열 번호 4 내지 9도 마찬가지로 설명될 수 있다. 적당한 연쇄중합반응 조건에서는 양 프라이머와 결합하는(anneal) 제한효소 절편의 서열이 선택적으로 증폭되므로, 아가로스 겔(agarose gel)과 같은 간단한 전기영동 장치에 의해 증폭 DNA 절편의 존재를 육안으로 확인할 수 있어서 신속, 용이하게 내성 배추를 선발하는데 활용될 수 있다.

[무사마귀병 내성 배추 선발 방법]

본 발명의, 상기 프라이머 키트를 사용한 무사마귀병 내성 배추 선발 방법은, 상기 한 쌍의 프라이머 조합을 사용하여 공시 식물, 예컨대 배추 게놈 DNA를 주형으로 한 연쇄중합반응을 수행한 후, 전기영동겔상에서 관찰되는 DNA 절편이, "서열 1"에 기재된 염기서열의 적어도 일부를 포함하는지 여부를 확인함으로써, 공시 배추에 무사마귀병균에 대한 레이스 특이적 내성 유전자를 함유하는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 무사마귀병 레이스 특이적 내성 식물 품종, 예컨대 배추 선발 방법이다.

이하, 실험예를 들어 본 발명의 구체적인 구성과 작용을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 하기 실험예에서는 무사마귀병균 "race 8"에 특이적 내성을 갖는 배추 유전자에 대한 DNA 마커에 관해 기술하고 있으나. 본 명세서에서 개시하는 것과 사실상(substantially) 동일한 실험 방법과 기술 사상을 사용하여, 다른 알려진 또는 신규한 무사마귀병균 레이스(race)에 대해서도, 전술한 AFLP 기법을 이용하여 육종 실무상 활용 가능한 레이스 특이적 무사마귀병 내성 유전자에 대한 각각의 DNA 마커를 찾을 수 있음은 당업자에게 자명하다.

실험예

A. 공시(供試) 배추 재료

무사마귀병 균주, "race 8"에 대해 내성이 있다고 알려진 배추 계통, "CR 新黃"과, 이병성(罹病性)이라고 알려진 배추 계통, "94SK"을 공시 배추 재료로 사용하였다. "CR 新黃"은 일본에서 약배양을 통해 육성된 "약유래(葯由來) 내성계통", 즉 DH(doubled haploid) line이고, "94SK"는 한국에서 육성된 자식계통(自殖系統; inbred line)이다. 내성 계통인 "CR 新黃"과 이병성 계통인 '94SK'을 교배하여 F₁을 얻었고, 이 F₁을 다시 자가수정(自殖; selfing)하여 F₂ 집단을 얻었다. 본 실험예에서는 내성인 "CR 新黃"을 부계로 사용하였으나, "무사마귀병 내성은 핵내 유전자에 의해 지배되기 때문에, 내성 계통을 부계(父系)로 사용하든 모계(母系)로 사용하든 상관없다고 알려져 있다.

B. 휴면포자(休眠胞子)의 분리 및 동정(同定)

공시 배추 재료의 내성 검정에 사용하기 위한 무사마귀병 병원균으로는 공지된 방법으로 분리, 동정한 휴면포자를 사용하였다. 무사마귀병이 심하게 오염된 강원도 평창 지역의 포장에서 시들음 증상을 보이는 배추의 근부에 형성된 뿌리혹을 채집하여 물로 깨끗이 세척한 후 포자분리에 사용시까지 -20 ℃에 보관하였다. 이병조직 50 g 당 증류수 450 ml을 가하여 분쇄기(homogenizer)로 3,000 rpm에서 5 분간 분쇄한 후, 3 겹의 거즈(cheesecloth)로 여과시키고 다시 6 겹의 거즈로 재여과시켰다. 추출된 현탁액(여액; filtrate)은 2,000 rpm에서 3 분간 원심분리한 후 상층액을 제거하고, 점질의 담갈색 침전물(휴면포자 침전물)에 다시 증류수를 가하여 현탁시킨 뒤, 상기 원심분리 과정을 2 차, 3 차 반복하여 실시하였다. 3 차 원심분리 후 최종적으로 얻은 침전물을 증류수 100 ml에 현탁시킨 뒤, hemocytometer를 사용하여 현탁액 중의 균의 형태나 크기 등의 특징을 확인한 후 포자 농도를 구하고, 접종시까지 -20 ℃에 냉동 보관하였다.

평창에서 수집된 상기의 균주("PC98"로 명명함)의 레이스를 판별하기 위해 "Williams(1966) 판별품종"인 Brassica oleracea에 속하는 두 품종, "Jersey Queen"과 "Badger Shipper"과, Brassica napus L. var. napobrassica에 속하는 두 품종, "Laurentian"과 "Wilhelmsburger" 등 총 4 품종을 이용하여 2 차에 걸쳐 하기(실시예 C 및 D 참조)에서 후술하는 유묘검정을 실시하였다. 1 차는 하우스에서, 2 차는 포장에서 검정하였으며, 접종 후 40 일 뒤 발병 배추 개체수를 조사하여 표 2의 결과를 얻었다. 발병 정도, 즉 내성 여부에 대한 결과를 "Williams(1966)의 균주 분류체계"와 비교하여 본 실험예에서 분리한 균주가 "race 8"에 해당함을 확인하였다 (표 1 및 표 2 참조).

Williams(1966)에 의한 무사마귀병균 레이스 판별 기준 및 표준 숙주 식물.

표준숙주식물		무사마귀병균 레이스(race)
표준숙주식물		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
cabbage	Jersey Queen	+	+	+	+	-	+	+	-	-	+	-	+	-	-	-	-
cabbage	Badger Shipper	-	+	-	+	-	-	+	-	-	+	+	-	+	+	+	-
rutabaga	Laurentian	+	+	+	+	-	-	-	+	+	-	+	-	+	-	-	-
rutabaga	Wilhelmsburger	+	-	-	+	-	-	-	-	+	+	+	+	-	+	-	+

* 상기 표 1에서 (+) 는 표준숙주식물에 대한 이병성 반응을 나타내고, (-)는 내성 반응을 나타낸다.

Williams(1966)의 표준숙주식물을 이용한 무사마귀병 단일균주, "PC98"에 대한 레이스 판정을 위한 접종실험 결과.

표준숙주식물	제1차 접종실험		제2차 접종실험
표준숙주식물	시험개체수	발병개체수	시험개체수	발병개체수
Whilhelmsburger	25	0	8	0
Jersy Queen	25	0	8	0
Badger Shipper	21	0	8	0
Laurentian	20	10	7	7

C. 균주(菌株)의 접종

내성 검정을 위해 부친, 모친, F₁은 각각 30 개체에 대해, F₂는 80 개체에 대해 하우스 내에서 유묘검정을 하였다. 유묘검정은, 공지의 방법으로 만든 증기 멸균 토양을 직경 15 cm의 PVC 포트(pot)에 약 10-12 cm 정도의 높이로 채우고 여기에 종자를 파종한 후, 발아 3 일 후에 2.4x10⁸/ml 농도의 균(포자 상층액)을 뿌리 주위에 포트 당 10 ml씩 관주(灌注)하였다. 접종 후부터 약 4 주간은 토양습도를 포트의 토양 표면이 마르지 않을 정도로 유지시켰고, 일장은 16 시간, 온도는 20-25 ℃로 유지하였다. 내성 판정은 파종 47 일 후에 하기 실시예 D와 같이 하였다.

D. 내성 판정(검정)

공시 배추 재료(양친, F₁ 및 F₂)의 "race 8"에 대한 내성 여부의 판단은 유묘검정(실시예 C 참조)을 실시한 후 다음의 기준에 따랐다. 즉, 뿌리에서 혹이 전혀 관찰되지 않은 경우에는 "0 등급", 뿌리 표면적의 10 % 이하에서 혹이 육안 관찰된 경우에는 "1 등급", 10% 이상 30% 이하에서 관찰된 경우에는 "2 등급", 30% 이상 60% 이하에서 관찰된 경우에는 "3 등급", 그 이상의 경우에는 "4 등급"으로 정하여 내성 정도를 분류하였다. 그런데 본 실험예에서는 이병성을 보인 배추 개체는 모두 "4 등급"에 해당하였고, 내성을 보인 배추 개체는 모두 "0 등급"에 속하여, 내성과 이병성 두 가지로만 구분하여 그 결과를 표 3에 요약하였다. 즉, 예상대로 "CR 新黃"은 내성, "94SK"는 이병성으로 나타났고, F₁은 내성으로 나타나서 내성이 우성 유전되는 것으로 확인되었다. F₂ 세대에서는 80 개체 중 33 개체가 이병성으로, 47 개체가 내성으로 나타나서 이에 대한 관찰치와 기대값을 이용한 χ²유전분석을 한 결과, χ²값이 0.09로서 5 % 수준에서의 χ² _0.05(1)=3.84보다 작아 F₂ 집단이 9:7로 분리하는 두 개의 우성 보족인자(complementary gene)의 지배를 받을 가능성을 시사하였다 (표 4 참조).

무사마귀병 균주 "PC98"의 양친(P1 및 P2), F1, F2에 대한 내성 검정.

세 대		시험개체수	내성개체수	이병성개체수
P₁	("CR新黃")	30	1	29
P₂	("94SK")	30	30	0
F₁	("CR新黃"X "94SK")	30	0	30
F₂		80	33	47

F₂ 집단의 무사마귀병 내성 유전자에 대한 유전 분석.

	HP	IP	EHP	EIP	^*χ²	χ² _(0.05)	유의성	결과
F₂ 집단	47	33	45	35	0.09	3.84	없음	9:7

HP: 내성개체수에 대한 관찰값; IP: 이병성개체수에 대한 관찰값;

EHP: 내성개체수에 대한 기대값; EIP: 이병성개체수에 대한 기대값

^*χ²=(HP-EHP)²/EHP+(IP-EIP)²/EIP

E. 게놈 DNA (genomic DNA)의 추출

AFLP 분석 및/또는 연쇄중합반응의 주형(template)으로 사용될 배추 게놈 DNA (genomic DNA)는, 내성 및 이병성 양친(부계 및 모계) 및 F₂ 개체의 잎조직으로부터 추출하였는데, 원칙적으로 J. Chen과 S. Dellaporta 법 (Freeling M. & V. Walbot (eds), 1994, The Maize Handbook, Chapter 85. Urea-based Plant DNA Miniprep, Springer-Verlag, N.Y.)에 따라 하였다. 구체적으로는, 잎 1 gram을 막자사발에 넣고 액체 질소를 첨가하면서 미세분말이 될 때까지 갈아 만든 분말(powder)을 UEB 용액(168g urea, 300mM NaCl, 50mM Tris, 20ml EDTA, 1% sarkosine)과 잘 섞은 다음, 페놀/클로로포름 추출을 실행하였고 이 이후의 DNA 정제과정은 상기 Chen과 Dellaporta의 방법에 따랐다.

F. Bulked Segregant 분석

무사마귀병균 레이스 특이적 내성 유전자에 대한 마커의 기능을 할 수 있는 제한 효소 절편을 찾기 위해 본 분석을 수행하였다(Michelmore, R. W., I. Paran, & R. V. Kesseli, 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA). F₂집단 중 내성 10 개체와 이병성 10 개체를 임의로 선정하여 각 개체별로 게놈 DNA를 추출한 후, 동량(同量)의 DNA를 섞어, 내성 10 개체에 대한 게놈 DNA 풀(pool)과 이병성 10 개체에 대한 게놈 DNA 풀(pool)을 만들었다. 이들 DNA 풀은 AFLP 분석(실시예 G 참조)을 위한 게놈 DNA 주형으로 사용하였다. 상기 DNA 풀과 양친("94SK" 및 "CR 新黃")의 게놈 DNA를 동일 조건에서 총 90 조합의 프라이머를 사용하여 AFLP 분석을 실시하고, 다형현상을 보이는 DNA 절편 중 무사마귀병 내성 또는 이병성에만 유전적 연관성이 있는 밴드를 탐색한 바, 두 프라이머 조합, "EcoRI + aac (전위 프라이머)/ MseI + caa (역위 프라이머)" 및 "PstI + ggt(전위 프라이머) / MseI + cac(역위 프라이머)"에서, 내성 양친("Pr") 및 내성 F₂DNA 풀("Br")에서는 존재하지만 이병성 양친("Ps") 및 이병성 F₂DNA 풀("Bs")에서는 관찰되지 않는 하나 씩의 마커 밴드를 발견하였다. 즉, 프라이머 조합, "EcoRI + aac / MseI + caa"에서는 240bp의 밴드가, 프라이머 조합, "PstI + ggt MseI / + cac"에서는 256bp의 밴드가 내성 특이적 밴드임이 확인된 것이다(도 1 참조). 여기서, 제한효소 명칭(예: EcoRI)은 제한효소절단부위 및 그에 결합(ligate)된 어뎁터에 상보적 프라이머 서열 부위를 말하고, 제한효소 명칭 다음에 오는 영문소문자(예: aac)는 프라이머의 3' 말단에 결합(ligate)된 "selective bases" 서열을 의미한다. 상기 프라이머 조합은, 게놈 DNA에 두 가지 제한효소를 동시에 처리한 후 생성되는 제한효소 절편 중, 예컨대, EcoRI 말단과 MseI 말단을 동시에 갖는 제한효소 절편에만 결합(ligate)할 수 있는 프라이머 조합이다. 또, 각 프라이머의 서열은 "5'-제한효소 특이적 어뎁터 + 제한효소인식서열 + selective bases--3' "의 순으로 되어 있다.

G. AFLP 분석

본 발명은 여러 방법이 사용될 수 있지만, Vos 등 (Nucleic Acids Res. 1995, 23(21): 4407-4414)이 기재한 AFLP 방법이 본 발명에 유용하게 적용될 수 있다. 예를 들어, AFLP 방법을 적용한다면 아래와 같이 수정하는 것이 바람직하다.

a. DNA 시료의 절단(restriction) 및 adaptor 연결(ligation)

PCR 주형(template)으로 사용될 제한효소 절편은 두 가지 제한효소를 동시에 처리하여 조제하는 것이 바람직하다. 이는 하나의 제한효소로 처리하는 것보다 증폭되는 제한효소 절편의 수를 더 줄이는 즉, 선발 강도를 더 높이는 효과가 있다.

제1실험예에서는 EcoRI 및 MseI의 두 가지 제한효소 조합으로 처리하였고, 제2실험예에서는 PstI 및 MseI의 두 가지 제한효소조합으로 처리하였다(즉, 이후의 설명에서는 EcoRI/MseI 어뎁터 쌍을 중심으로 기재하나, PstI/MseI 어뎁터 쌍에 대해서도 동일한 방식으로 수행되는 것은 자명하므로 이에 대한 실험절차는 생략한다). 0.5 ㎍의 게놈 DNA에 대해 상기 제한효소를 처리한 다음, 각 제한효소 특이적 어뎁터를 37 ℃에서 결합(ligate)시켰다. "EcoRI/MseI 어뎁터 쌍"은 EcoRI 및 MseI 절단 부위에, "PstI/MseI 어뎁터 쌍"은 PstI 및 MseI 절단 부위에 특이적으로 결합할 수 있는 어뎁터 쌍으로서, 각 어뎁터의 염기서열은 하기 표 5와 같다. 이와 같이 제한효소 양 말단에 어뎁터가 결합(ligate)된 제한효소 절편을 "tagged restriction fragments"라 한다.

제한효소 특이적 이본쇄 어뎁터(ds adapters)의 염기서열.

어뎁터 종류	염기서열
Eco RI	5'-ctcgtagactgcgtacc-3'
	3'-ctgacgcatggttaa-5'
PstI	5'-ctcgtagactgcgtacatgca-3'
	3'-catctgacgcatgt-5'
MseI	5'-gacgatgagtcctgag-3'
	3'-tactcaggactcat-5'

b. 연쇄중합반응(PCR 증폭)

연쇄중합반응에 의한 "tagged restriction fragments"의 선택적 증폭(selective amplification)은 두 단계로 실시하는 것이 바람직하다. 첫 번째 단계는 예비증폭(preamplification)단계로서, 상기 실험예 G(a)의 어뎁터 부위에 결합(anneal)하는/상보적인 프라이머 서열의 3'-말단에 각각 하나의 "selective base"를 추가한 프라이머 쌍(표 6 참조)을 사용한 경우이고, 두 번째 단계는 이 예비증폭단계에서 사용한 프라이머의 3'-말단에 다시 2-4 개의 "selective base" 추가하여 선택적 연쇄중합반응을 시킨 경우이다. 이를 편의상 본증폭이라 명명한다. 이 밖의 연쇄중합반응 조건은 Vos 등(1995)의 방법과 실질적으로 동일하다.

첫 번째 단계인 예비증폭 단계에서는, "tagged restriction fragments"의 EcoRI 인식서열 및 어뎁터 부위에 상보적 결합하는 프라이머 (이하, "EcoRI 프라이머"라 함)에는 "selective base"로 "A"를 추가하였고, MseI 인식서열 및 어뎁터 부위에 상보적 결합하는 프라이머 (이하, "MseI 프라이머"라 함)에는 "selective base"로 "C"를 추가하였다. "EcoRI 프라이머" 및 "MseI 프라이머"의 염기서열은 하기 표 6에 기재되어 있다. 예비증폭단계에서의 PCR 반응 조건은, 각 프라이머 30 ng, dNTPs 25 mM, MgCl₂15 mM를 포함하는 10xPCR buffer, Taq DNA 중합효소 1 unit, 및 주형 DNA 절편 5ng를 포함하는 총 50μL의 용액에 대해, 94 ℃에서 30 초, 56 ℃에서 1 분, 72 ℃에서 1 분간 29 회 반복하였다.

두 번째 선택증폭(selective amplification) 단계에서는, 상기 예비증폭단계에서 증폭된 PCR 산물에 대해 추가적인 선택증폭을 하기 위한 것으로서, 전기영동겔상 밴드 수를 줄여 해상력을 높이기 위해 실시하였다. 두 번째 증폭단계에서는, 상기의 예비증폭산물을 50 배 희석시켜 선택증폭의 주형으로 사용하였고, 여기의 PCR 증폭에 사용된 프라이머 쌍은, 각 예비증폭 프라이머의 3'-말단에 아래의 표 7과 같이 1-3 개의 "selective bases"를 추가적으로 더 붙인 것이다. 두 번째 증폭단계의 PCR 반응 조건은 EcoRI 프라이머 15 ng, MseI 프라이머 30 ng, dNTPs 2.5 mM, 10xPCR buffer 2 ㎕, Taq DNA 중합효소 0.4 unit, 및 주형 DNA 5 ㎕를 포함하는 총 20 ㎕의 용액에 대하여, denaturation step은 94 ℃에서 1 분간; annealing step은 첫 번째 cycle은 65 ℃에서 1 분간, 두 번째부터 11 번째 cycle까지는 매 cycle 1 ℃ 씩 낮춘 온도에서 1 분간씩, 나머지 총 33 cycle은 56 ℃에서 1 분간 일정하게 유지했으며, extension step은 72 ℃에서 1.5 분간 일정하게 유지했다. 이 조건에서 총 44 cycle의 연쇄중합반응을 수행하였다.

제1단계,"예비증폭단계"에서 사용된 프라이머의 염기서열.

프라이머	서열 + "selective base"
EcoRI	5'-gactgcgtaccaattc + a-3' (17-mer)
Pst I	5'-gactgcgtacatgcatgcatgca + g-3' (24-mer)
Mse I	5'-gatgagtcctgagtaa + c-3' (17-mer)

"제2단계 선택증폭"에서 사용된 "selective primer 쌍"의 염기서열 및 "selective bases".

Primer	Sequence	선택 염기(n)	비 고
Eco RI	5'-gactacgtaccaattc + nnn-3'	aac,acc,acg,agg,act	(19-mer)
Pst I	5'-gactgcgtacatgca-3' +nnn(n)-3'	gga,ggt,gac,ggaa,gta	(18,19-mer)
Mse I	5'-gatgagtcctgactaa +nn(n)-3'	ca,cta,ctg,cag,caa,cac,cat,ctt,ctc	(18,19-mer)

c. 전기영동 및 염색 (electrophoresis and silver staining)

상기 단계 G(b)의 PCR 증폭 산물을 6% denaturing polyacrylamide gel 상에서 1700 V로 3시간 30분간 전기영동한 후 시판되는 은염색 키트(제조원, 한국 바이오니아사 제품)를 사용하여 DNA 밴드를 염색하였고, 겔을 암실에서 light box 상에서 APC film을 13초 노출한 후에 필름 현상을 하였다.

이상의 AFLP 분석을 통해 양친 및 두 F₂DNA 풀(bulked or pooled DNA), 총 4 종의 게놈 DNA 시료에 대한 AFLP finger prints를 얻을 수 있었고, 그 결과, 무사마귀병균, "race 8"에 대한 내성 유전자와 가까이 연관된 두 개의 마커 밴드를 찾았다. 하나는 EcoRI+aac / MseI+caa 프라이머 조합을 이용한 PCR 증폭 밴드 중에서 발견되었고, 다른 하나는 PstI+ggt / MseI+cac 프라이머 조합의 PCR 증폭 산물 중에서 발견되었다. 이들 밴드는, 내성 양친 및 F₂DNA 풀(pool) 시료에서는 발견되지만, 이병성 양친 및 F₂DNA 풀 시료에서는 거의 발견되지 않는 것을 특징으로 한다 (도 1 및 2 참조). 따라서 이들을 AFLP 마커로 활용될 수 있다고 판단되어 그 염기서열을 하기와 같이 분석하였다.

H. AFLP 마커의 염기서열분석(sequencing)

상기 실시예 G의 AFLP 분석 결과 발견된 AFLP 마커 중에서, PstI+ggt / MseI+cac 프라이머 조합에서 발견된 AFLP 마커에 대한 염기서열을 분석하였다. EcoRI+aac / MseI+caa 프라이머 조합에서 발견된 마커(240bp정도) 대한 서열 분석도 마찬가지로 수행될 수 있다. 공지된 방식에 의해, 상기 마커 밴드를 polyacrylamide gel에서 추출하여 PCR 증폭한 후, 증폭된 AFLP 절편을 "Promega Technical Manual No. 042"에 기재된 방법에 따라, pGEM-T Easy Vector(Promega Co., Madison, WI. U.S.A.)에 클로닝하였고, 클로닝된 재조합 DNA를 열쇼크(heat shock)법을 이용하여 컴피턴트(competent) DH5α 세포(cell)에 형질전환하였으며, 형질전환된 균을 LB 배지에서 키워 이 세포로부터 DNA를 추출하였다. 삽입체(Insert)의 진위 여부를 확인한 후에, 이 마커 밴드에 해당하는 삽입체(insert)의 염기서열을 분석한 바, 염기서열이 거의 동일한 256bp의 두 종류의 서열이 발견되었고, 데이터베이스 서어치(NCBI; National Center for Biotechnology Information, USA) 결과 한 염기서열은 무사마귀병과 관계가 없이 같은 위치에 비슷한 염기서열이 우연히 포함된 것으로 밝혀졌으며, 다른 한 염기서열이 무사마귀병과 관련된 염기서열로 확인되었으며 이들은 신규의 염기서열인 것으로 판명되었다.

이 중 하나의 서열("서열 1")을 기초로 공지된 컴퓨터 프로그램을 이용하여 프라이머 설계를 하였고("서열 2 및 서열 3" 참조), 이 프라이머 조합을 이용하여 연쇄중합반응을 수행한 결과, 도 3에서 보여 주는 바와 같이 내성 시료에 특이적으로 밴드가 나타나, 본 프라이머 쌍을 키트로 이용하여, 무사마귀병 균주 특이적 내성 배추를 효과적으로 선발할 수 있음을 입증하였다. 마찬가지 방식으로 프라이머 쌍들을 설계하여 서열 4 내지 서열 9의 프라이머 조합을 이용하여 연쇄중합반응을 수행하였으며, 이에 대한 결과도 유사하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, "서열 1"의 염기서열의 적어도 일부를 포함하는, 무사마귀병균 레이스 특이적 내성 유전자에 대한 DNA 마커는 무사마귀병 내성 유전자와 가까이 연관되어 있으므로, 상기 DNA 마커를 선택적으로 증폭시킬 수 있도록 설계된 프라이머 키트를 사용하여 연쇄중합반응을 수행하고 상기 DNA 마커를 전기영동겔 상에서 검출하는 방식을 통해, 무사마귀병균을 배추에 직접 접종하지 않고서도 무사마귀병 내성 배추를 선발할 수 있게 되어, 신속하고 안정적으로 무사마귀병 내성 배추를 선발할 수 있고 따라서 무사마귀병 내성 배추의 육종 기간을 대폭 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 본 발명은 또한 상기 제한효소 절편을 "위치 클로닝(positional cloning)기술"의 출발점으로 활용하여 무사마귀병 내성 유전자 자체를 클로닝할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

본 발명이 제공하는 마커는 무사마병 내성 유전자와의 연관 정도가 그간 보고된 어느 DNA 마커보다도 커서 적어도 균주 "race 8"에 관한 한 효율적으로 내성 품종을 식별할 수 있다.

도 1은 프라이머 조합, EcoRI + aac / MseI + caa (A)와 PstI + ggt / MseI + cac (B)에 대한 AFLP 핑거 프린트이다.

(A): 프라이머 조합: EcoRI + aac / MseI + caa

(B): 프라이머 조합: PstI + ggt / MseI + cac

Pr: 내성 양친 계통

Ps: 이병성 양친 계통

Br: 내성 F₂ 개체에 대한 게놈 DNA 풀

Bs: 이병성 F₂ 개체에 대한 게놈 DNA 풀

도 2는 내성 및 이병성 F₂식물체 각각에 대하여 행한 프라이머 조합, PstI + ggt / MseI + cac 에 대한 AFLP 핑거 프린트이다.

Pr: 내성 양친 계통

Ps: 이병성 양친 계통

Br: 내성 F₂ 개체에 대한 게놈 DNA 풀

Bs: 이병성 F₂ 개체에 대한 게놈 DNA 풀

R: 내성 F₂ 개체

S: 이병성 F₂ 개체

도 3은 AFLP 마커의 서열로부터 디자인한 프라이머에 의해 발생된 SCAR 마커(화살표)의 전기영동 사진. 시료들은 6% 변성 폴리아크릴아미드 겔상에서 전개하였다.

Pr: 내성 양친 계통

Ps: 이병성 양친 계통

R: 내성 F₂ 개체

S: 이병성 F₂ 개체

<110> Republic of Korea(Chungnam National University) <120> DNA Marker, primer kits, and method for effective detection of clubroot disease resistant plant <130> P0119-cnu <160> 9 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 256 <212> DNA <213> Brassica rapa <400> 1 gatgagtcct gagtaacaca aatcttggca cgtgagaaaa acgtatctct ccttcaatat 60 caatacccta tataagaaga cacccccaca acaacaacaa caacaacaat aattagatct 120 cgagagaaat ggataagttg gtgagtgaaa agaagccttc tcgtcgaatg tgtcgaaggt 180 gcaactctga caataccaag ttctgttact tcgtcaactc gtctcaaccg cgctacacct 240 gcatgtaccg cagtca 256 <210> 2 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 gatgagtcct gagtaacaa 19 <210> 3 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 acctgcatgt accgcagtc 19 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 ggcacgtgag aaaaacgtat 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 gagacgagtt gacgaagtaa 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 cacaaatctt ggcacgtgag 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 gttgagacga gttgacagag 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 gaagacaccc ccacaacaag 20 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 cttcgacaca ttcgacgaga 20

Claims

서열번호 1로 표시되는 올리고뉴클레오티드.
제1항에 있어서, 상기 올리고뉴클레오티드가 채소의 무사마귀병 내성 품종 선발용 마커인 올리고뉴클레오티드.
서열 번호 4 내지 9의 올리고뉴클레오티드로 구성된 군에서 선택되는 둘 이상의 조합을 포함하는 식물의 무사마귀병 내성 품종의 선발용 프라이머 키트.
하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무사마귀병균 내성 품종의 선별방법:

(a) 공시 식물체로부터 게놈 DNA를 추출하는 단계;

(b) 상기 게놈 DNA 서열을 제3항의 프라이머 키트를 이용한 PCR을 통해 증폭하는 단계; 및

(c) 전기영동을 통하여 상기 PCR에 의해 증폭된 DNA가 제1항 또는 제2항의 올리고뉴클레오티드를 포함하는지 확인하는 단계.
제4항에 있어서, 상기 공시 식물체는 배추(Brassica campestris L. ssp. pekinensis 또는 Brassica rapa L. ssp. pekinensis), 양배추(Brassica oleracea L.), 브로콜리(broccoli), 꽃양배추(cauliflower), 케일(kale), 갓, 순무(turnip or Brassica rapa), 유채, 무(radish)를 포함하는 십자화과 채소(Crucifers) 및 이들의 조직이나 종자로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
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하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무사마귀병 내성 유전자의 이전(transfer) 여부를 확인하는 방법:

(a) 식물의 무사마귀병 내성 유전자를 포함하는 DNA 절편을 다른 종의 생물체나 조직에 이전(transfer)시키는 단계;

(b) 상기 생물체 또는 조직으로부터 추출한 DNA 절편을 제3항의 프라이머 키트를 이용한 PCR을 통해 증폭하는 단계; 및

(c) 전기영동을 통하여 상기 PCR에 의해 증폭된 DNA가 식물의 무사마귀병 내성 유전자의 마커인 제1항 또는 제2항의 올리고뉴클레오티드를 포함하는지 확인하는 단계