KR100580266B1 - DNA Marker for the Clubroot Resistant Gene - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 DNA 표지의 제작방법은 저항성 개체와 이병성 개체간의 다형성을 나타내는 AFLP 표지를 선발하는 단계; 상기 AFLP 표지를 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 변환하는 단계; 및 상기 단계에서 확인된 DNA 표지의 표지 활용 선발(Maker-Assisted Selection)에 대한 유용성을 검정하는 단계; 로 이루어지며, 상기 저항성 개체와 이병성 개체는 무사마귀병 저항성 유전자의 유전자형이 동형접합체이고, 상기 AFLP 표지를 가지는 클론의 선발은 전기영동을 이용하여 해당하는 AFLP 표지와 같은 크기의 삽입체를 가지는 클론을 선발하고, 서든 분석법을 이용하여 확인하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, there is provided a method for producing a DNA label for a wart disease resistant gene, the method including: selecting an AFLP label indicating a polymorphism between a resistant individual and a diseased individual; Converting the AFLP label to a SCAR label or a CAPS label; And assaying the usefulness of Marker-Assisted Selection of the DNA label identified in the step. Wherein the resistant and pathogenic individuals are homozygous genotypes of wart disease resistant genes, and the selection of clones having the AFLP label is performed using electrophoresis to clones having inserts of the same size as the corresponding AFLP label. Selection is characterized by using a sudden analysis method.
무사마귀병, 무사마귀병 저항성 유전자, AFLP 표지, SCAR 표지, CAPS 표지 Wart disease, wart resistance gene, AFLP marker, SCAR marker, CAPS marker
Description
도 1은 F2 집단에서 분리한 공우성과 우성 AFLP 표지에 기초한 CRb 유전자의 연관성 지도이다.1 is a correlation map of CRb genes based on co-occurrence and dominant AFLP label isolated from F 2 population.
도 2a는 AFLP 표지 P7의 서열에 기초하여 제작된 프라이머 쌍을 이용한 양친과 F1 및 16개의 F2의 연쇄중합반응 결과물을 전기영동한 것이다.Figure 2a is the electrophoresis of the chain polymerization reaction of the parent and F 1 and 16 F 2 using the primer pair prepared based on the sequence of AFLP label P7.
도 2b는 AFLP 표지 P9의 서열에 기초하여 제작된 프라이머 쌍을 이용한 양친과 F1 및 16개의 F2의 연쇄중합반응 결과물을 전기영동한 것이다.Figure 2b is the electrophoresis of the chain polymerization reaction of the parent and F 1 and 16 F 2 using the primer pair prepared based on the sequence of AFLP label P9.
도 3은 CAPS 표지 TCR02에 의해 보여지는 F2의 밴드 패턴이다. 3 is a band pattern of F 2 as seen by CAPS label TCR02.
도 4는 SCAR 표지 TCR04에 의해 보여지는 F2의 밴드 패턴이다. 4 is a band pattern of F 2 shown by SCAR label TCR04.
도 5는 SCAR 표지 TCR08에 의해 보여지는 F2 개체의 밴드 패턴이다. 5 is a band pattern of the F 2 entity shown by SCAR label TCR08.
도 6은 SCAR 표지 TCR09에 의해 보여지는 F2 개체의 밴드 패턴이다. 6 is a band pattern of the F 2 entity shown by SCAR label TCR09.
도 7은 F2 집단에서 분리한 공우성과 우성 AFLP 표지에 기초한 CRb 유전자의 SCAR과 CAPS 지도이다. FIG. 7 is a SCAR and CAPS map of the CRb gene based on co-dominant and dominant AFLP label isolated from F 2 population.
도 8은 SCAR 표지 TCR01로 배추 F1 잡종들과 기타 품종을 검정한 결과이다.8 shows the results of assaying Chinese cabbage F 1 hybrids and other varieties with SCAR-labeled TCR01.
도 9a는 SCAR 표지 TCR02로 배추 F1 잡종들과 기타 품종을 검정한 결과이다. 9A shows the results of assaying cabbage F 1 hybrids and other varieties with SCAR-labeled TCR02.
도 9b는 SCAR 표지 TCR04로 배추 F1 잡종들과 기타 품종을 검정한 결과이다. 1 내지 34의 배추 품종의 명칭은 도 9a와 동일하다.9B shows the results of assaying cabbage F 1 hybrids and other varieties with SCAR-labeled TCR04. The
도 9c는 SCAR 표지 TCR08로 배추 F1 잡종들과 기타 품종을 검정한 결과이다. 1 내지 34의 배추 품종의 명칭은 도 9a와 동일하다.9C shows the results of assaying cabbage F 1 hybrids and other varieties with SCAR labeled TCR08. The
도 9d는 SCAR 표지 TCR09로 배추 F1 잡종들과 기타 품종을 검정한 결과이다. 1 내지 34의 배추 품종의 명칭은 도 9a와 동일하다.9D shows the results of assaying cabbage F 1 hybrids and other varieties with SCAR-labeled TCR09. The
도 9e는 SCAR 표지 TCR09로 배추 F1 잡종들과 기타 품종을 검정한 결과이다. 1 내지 34의 배추 품종의 명칭은 도 9a와 동일하다.9E shows the results of assaying cabbage F 1 hybrids and other varieties with SCAR labeled TCR09. The
발명의 분야Field of invention
본 발명은 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 DNA 표지에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 DNA 표지의 제작하고, 이를 이용하여 무사마귀병 저항성 개체를 선발하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to DNA labels for wart disease resistant genes. More specifically, the present invention relates to a method for preparing a DNA label associated with a wart-resistant gene and selecting a wart-resistant individual using the same.
발명의 배경Background of the Invention
무사마귀병은 뿌리혹병 또는 근류병이라고도 불리는 토양전염병으로서 원생동물계의 뿌리혹균목에 속하는 절대기생균인 진균의 일종인 플라스모디오포라 브라시카 워론(Plasmodiophora brassicae WORON.)에 의해 발병된다. 무사마귀병은 배추, 양배추, 브로컬리, 꽃양배추, 케일, 갓, 순무, 유채, 무를 포함하는 십자화과 채소의 뿌리에 부정형의 혹을 형성하게 하여 뿌리의 기능을 약화 또는 상실시키고, 특히 pH 6 이하의 산성토양에서 심하게 발병한다. 또한 무사마귀병에 감염된 식물은 시들해지고 발육이 저하되며 잎이 누렇게 변색된다. Warty disease, also called root-knot disease or root disease, is caused by Plasmodiophora brassicae WORON, a type of fungi that are absolute parasites belonging to the root-knotty species of protozoa. Wart disease causes irregular shapes on the roots of cruciferous vegetables, including cabbage, cabbage, broccoli, cauliflower, kale, lampshade, turnips, rapeseed and radishes, weakening or losing the function of the roots, especially acidity below
무사마귀병은 상기와 같이 십자화과 채소에 심각한 손실을 초래하나, 그 병원균이 토양 내에서 휴면포자 상태로 존재하므로 화학적 처리로 제어하기 어렵다. 칼슘이나 붕소의 이용, 토양 pH 조절(7.2 이상) 등의 방법은 방제효과가 약하고, 일반적으로 사용하는 살균제는 지엽적인 효과만 있을 뿐이며, 토양 증기소독은 효율적이나 비용이 많이 드는 문제점이 있었다. 따라서 저항성 품종의 육종이 무사마귀병 방제에 효과적인 대안이 될 수 있다.Warts cause serious loss of cruciferous vegetables as described above, but because the pathogen is dormant spores in the soil, it is difficult to control by chemical treatment. The use of calcium or boron, soil pH control (7.2 or more) and the like, the control effect is weak, the commonly used fungicides only have a local effect, soil steam disinfection has an efficient but expensive problem. Therefore, breeding of resistant varieties may be an effective alternative to wart disease control.
무사마귀병 저항성 품종을 육성하기 위해서는 무사마귀병 저항성 개체를 신속, 용이하게 선발할 수 있어야 한다. 또한 선발된 저항성 개체를 이용하여 저항성 품종을 육종하는 경우, 저항성 유전자의 도입여부를 신속하게 확인할 수 있어야 한다. 그러나 휴면포자를 뿌리나 토양에 직접 접종하여 저항성을 검정하는 전통적 방 식(유묘 검정법)은 포자의 분리 및 동정에 장시간이 소요되고, 접종식물체의 건강상태나 환경의 영향을 받아 재현성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다. To cultivate wart-resistant varieties, it is necessary to quickly and easily select wart-resistant individuals. In addition, when breeding resistant varieties using selected resistant individuals, it should be possible to promptly check whether resistance genes have been introduced. However, the traditional method of inoculating dormant spores directly into the root or soil (seedling assay) takes a long time to isolate and identify spores, and is inferior in reproducibility due to the health and environment of the inoculated plants. There was a problem.
그러나 최근 급속하게 개발되고 있는 DNA 표지는 병원균을 이용하지 않고 저항성 형질을 동정할 수 있으며, 환경의 영향을 받지 않고 신속 용이하게 식물체를 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).However, DNA markers, which are being developed rapidly recently, can identify resistant traits without using pathogens, and have the advantage of being able to select plants quickly without being affected by the environment. Widely done (see Kumar, LS, 1999, DNA markers in plant improvement: An overview, Biotechnology Adv. 17: 143-182.).
질병에 대한 저항성 개체를 선발하기 위한 DNA 표지는 저항성 개체와 이병성 개체간에 DNA 다형성을 나타내고, 저항성 유전자에 가까이 연관되어 있는 유전자좌를 이용하여 제작한다. DNA 다형성을 조사하는 방법으로는 RAPD(random amplified polymorphic DNA), RFLP(restriction fragment length polymorphism) 또는 AFLP(Amplified Fragment Length Polymorphism) 등이 있다. 상기의 방법 중 RAPD 또는 RFLP는 다형성이 적은 수로 검출되어 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 표지를 동정하기에 어렵다는 단점이 있지만(Kunfinulei et al. 1997), AFLP는 식물체 DNA의 다형성을 많은 수로 검출할 수 있으므로 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 표지를 동정하기에 적합하다. DNA markers for the selection of resistant individuals to disease represent DNA polymorphisms between resistant and pathogenic individuals and are constructed using loci closely related to the resistant genes. Methods for investigating DNA polymorphism include random amplified polymorphic DNA (RAPD), restriction fragment length polymorphism (RFLP), or amplified fragment length polymorphism (AFLP). Although RAPD or RFLP has a low polymorphism, it is difficult to identify markers associated with wart resistance genes (Kunfinulei et al. 1997), but AFLP can detect a large number of plant DNA polymorphisms. Suitable for identifying markers associated with wart-resistant genes.
그러나 AFLP 표지(Vos et al.)는 높은 비용과 복잡한 조작법으로 인하여 직접적으로 표지활용선발(Marker-Assisted Selection, 이하 MAS)에 이용하거나나 지도에 의존한 클로닝(map-based cloning)을 위한 큰 규모 집단에 적용하기에는 한계가 있어, 이를 SCAR 표지 또는 CAPS 표지와 같은 간단하고 신뢰할 수 있는 PCR에 기초한 표지로 변환하려는 시도가 있었다. 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지가 밝혀졌고, 이는 공우성 SCAR 표지로 변환되었으며(Piao et al. 2002), 이는 본 발명에서 이용된다. 또한 많은 농작물의 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지가 동정되었으나(Pauquest et al. 2001; Xu et al. 2001; Negi et al. miftahudin et al. 2002; Li et al. 1998), 변환된 표지들이 다형성을 검출하지 못하거나 게놈 DNA를 증폭하지 못하는 등의 문제점이 발생하여, 매우 소수만이 SCAR 표지로 변환하는데 성공하였다(Qu et al. 1998; Bradeen and Smon 1998; Shan et al. 1999). However, AFLP markers (Vos et al.) Are largely available for direct use of Marker-Assisted Selection (MAS) or for map-based cloning due to their high cost and complex manipulations. There are limitations to the population, and attempts have been made to convert them to simple, reliable PCR-based labels such as SCAR labels or CAPS labels. An AFLP label associated with the wart-resistant gene has been identified, which has been converted to a covalent SCAR label (Piao et al. 2002), which is used in the present invention. In addition, AFLP markers associated with the resistance genes of many crops have been identified (Pauquest et al. 2001; Xu et al. 2001; Negi et al. Miftahudin et al. 2002; Li et al. 1998), but the converted markers detect polymorphism. Problems such as failure to do so or amplification of genomic DNA resulted in very few succeeding in converting to SCAR markers (Qu et al. 1998; Bradeen and Smon 1998; Shan et al. 1999).
한편 무사마귀병 저항성 유전자에 관한 연구가 많이 이루어졌으나, 저항성 유전자의 정확한 위치가 알려지지 않아 그 위치를 탐지하기 위하여 근접하게 연관된 표지를 개발하였다. 그 중 최근에는 Suwabe 등이 Brassica rapa L.의 두 개의 무사마귀병 저항성(clubroot-resistant : CR) 유전자 Crr1 및 Crr2와 그 표지에 대하여 보고하였고(Suwabe, K. et al., 2003, Theor Appl Genet 107:997-1002), Hirai 등은 무사마귀병 저항성 유전자 Crr3에 대한 표지에 대하여 보고하였다(Hirai, M. et al., 2003, Theor Appl Genet). 그러나 본 발명에 따른 CR Shinki에 존재하는 무사마귀병 저항성 유전자 CRb에 대한 DNA 표지는 보고된 적이 없다.On the other hand, many studies have been conducted on the wart resistance gene, but since the exact location of the resistance gene is unknown, a closely related marker was developed to detect the position. Recently, Suwabe et al. Reported the two clubroot-resistant (CR) genes Crr1 and Crr2 and their markers in Brassica rapa L. (Suwabe, K. et al., 2003, Theor Appl Genet 107). : 997-1002), Hirai et al. Reported the label for the wart- resistant gene Crr3 (Hirai, M. et al., 2003, Theor Appl Genet). However, no DNA labeling for the wart resistance gene CRb present in CR Shinki according to the present invention has been reported.
이에 대하여, 본 발명자들은 상기의 문제점을 극복하기 위하여 새로운 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지 선발하는 단계에서, 이전에 연구된 TCR01을 이용하여 동형 접합체로 이루어진 DNA 벌크를 제조하고; 상기 AFLP 표지를 폴리머라제 연쇄 반응법에 이용하기 편리한 SCAR(Sequence Characterized Amplified Region) 표지 또는 CAPS(Cleaved Amplified Polymorphism Sequence) 표지로 변환하는 단계에서, AFLP 표지를 가지는 클론의 선발을 위하여 전기영동 및 서든 분석법을 이용하며; 상기 SCAR 표지 또는 CAPS 표지의 표지 활용 선발에 대한 유용성을 검정하여 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 DNA 표지를 개발하기에 이른 것이다.In this regard, the present inventors prepared a DNA bulk consisting of a homozygous conjugate using TCR01, which was previously studied in the step of selecting an AFLP label associated with a new anti-wart gene to overcome the above problems; In the step of converting the AFLP label into SCAR (Sequence Characterized Amplified Region) label or CAPS (Cleaved Amplified Polymorphism Sequence) label, which is convenient for use in polymerase chain reaction, electrophoresis and sudden assay for selection of clones with AFLP label. Using; The usefulness of the SCAR label or CAPS label for label utilization selection is to develop a DNA label for the wart-resistant gene.
본 발명의 목적은 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 DNA 표지를 제작하기 위한 것이다.An object of the present invention is to prepare a DNA label for the wart disease resistant gene.
본 발명의 다른 목적은 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지를 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 용이하게 변환하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to easily convert AFLP labels associated with wart disease resistance genes into SCAR labels or CAPS labels.
본 발명의 또 다른 목적은 DNA 표지를 이용하여 무사마귀병 저항성 개체를 용이하게 선발하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to facilitate the selection of wart-resistant individuals using DNA labels.
본 발명의 또 다른 목적은 무사마귀병 저항성 품종의 육종 시 저항성 유전자의 도입여부를 신속하게 확인하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to quickly determine whether resistance genes are introduced during breeding of wart-resistant varieties.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명에 따른 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 DNA 표지의 제작방법은 (A) 저항성 개체와 이병성 개체의 게놈 DNA를 추출하여 PCR의 주형 DNA로 사용하고, AFLP 프라이머를 조합하여 PCR을 수행한 후, 전기영동하여 저항성 개체와 이병성 개체간의 다형성을 나타내는 AFLP 표지를 선발하는 단계; (B) 상기 AFLP 표지를 전기영동한 겔에서 분리하고 클로닝한 후, AFLP 표지를 가지는 클론을 선발하여 AFLP 표지의 서열을 분석하고, 그 서열을 이용하여 제작한 프라이머로 PCR을 수행한 후, 전기영동하여 저항성 개체와 이병성 개체 간의 다형성을 확인하는 단계; (C) 상기 (B) 단계에서 확인된 DNA 표지의 표지 활용 선발(Maker-Assisted Selection; MAS)에 대한 유용성을 검정하는 단계; 로 이루어지며, 상기 (A) 단계의 저항성 개체와 이병성 개체는 무사마귀병 저항성 유전자의 유전자형이 동형접합체이고, 상기 (B) 단계에서 AFLP 표지를 가지는 클론의 선발은 PCR을 수행하고 전기영동을 이용하여 해당하는 AFLP 표지와 같은 크기의 삽입체를 가지는 클론을 선발하고, 서든 분석법(Southern Analysis)을 이용하여 확인하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a DNA label for the wart-resistant gene according to the present invention is (A) extract genomic DNA of resistant and diseased individuals as a template DNA for PCR, using a combination of AFLP primers to perform PCR Electrophoresis to select an AFLP marker indicative of polymorphism between resistant and pathogenic individuals; (B) After separating and cloning the AFLP label in an electrophoretic gel, a clone having an AFLP label was selected, the sequence of the AFLP label was analyzed, and PCR was performed using the primers prepared using the sequence. Performing polymorphism to identify polymorphism between the resistant and the pathogenic entity; (C) assaying the usefulness of Marker-Assisted Selection (MAS) of the DNA label identified in step (B); In the step (A), the resistant individual and the pathological individual are genotypes of the wart-resistant disease genotype, and in step (B), the selection of the clones having the AFLP label is performed by PCR and using electrophoresis. Clones having an insert of the same size as the corresponding AFLP marker are selected and identified by Southern Analysis.
또한 본 발명의 무사마귀병 저항성 개체를 선발하는 방법은 무사마귀병 저항성 식물체와 판별의 대상이 되는 식물체의 DNA를 분리 및 정제하고; 상기 정제된 DNA를 주형 DNA로 하여 Mg2+ 이온, Tag DNA 폴리머라제, dNTP 및 프라이머가 포함된 반응용액에서 상기 식물체 DNA를 폴리머라제 연쇄 반응법에 의해 증폭시키고; 상기 증폭된 DNA를 전기영동시킨 후 DNA 밴드의 양상을 비교하여 SCAR 표지를 확인하는; 단계로 이루어지며, 상기 프라이머와 SCAR 표지는 위의 DNA 표지 제작과정에서 획득된 것을 사용함을 특징으로 한다.In addition, the method for selecting a wart-resistant object of the present invention is to isolate and purify the DNA of the wart-resistant plant and the plant to be discriminated; Amplifying the plant DNA by polymerase chain reaction in a reaction solution containing Mg 2+ ions, Tag DNA polymerase, dNTP and a primer using the purified DNA as a template DNA; Electrophoresis of the amplified DNA, and then confirming SCAR labeling by comparing aspects of DNA bands; Step is made, the primer and SCAR label is characterized in that using the one obtained in the DNA labeling process.
본 발명에 따른 SCAR 표지에 의한 무사마귀병 저항성 개체의 선발방법에 사용되는 프라이머는 서열번호 3과 4, 서열번호 5와 6, 서열번호 7과 8, 및 서열번호 9와 10으로 이루어지는 프라이머 쌍에서 선택된 것을 특징으로 한다. 또한 서열번호 1과 2, 서열번호 3과 4, 서열번호 5와 6, 서열번호 7과 8, 및 서열번호 9와 10으로 이루어지는 군에서 선택된 프라이머 쌍을 중복하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.Primers used in the method for selecting wart-resistant individuals according to the SCAR label according to the present invention is selected from a pair of primers consisting of SEQ ID NO: 3 and 4, SEQ ID NO: 5 and 6, SEQ ID NO: 7 and 8, and SEQ ID NO: 9 and 10 It is characterized by. In addition, it is more preferable to overlap the primer pair selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1 and 2, SEQ ID NO: 3 and 4, SEQ ID NO: 5 and 6, SEQ ID NO: 7 and 8, and SEQ ID NO: 9 and 10.
이하 본 발명의 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 DNA 표지의 제작방법으로서, (A) 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지의 동정하는 단계; (B) 상기 AFLP 표지를 SCAR 또는 CAPS 표지로 변환하는 단계; (C) 상기 DNA 표지의 표지 활용 선발에 대한 유용성을 검정하는 단계를 구체적으로 살펴보고, 본 발명에 따른 무사마귀병 저항성 개체의 선발방법은 상기 (C) 단계에서 이용된 방법과 동일하므로, (C) 단계에서 함께 기술한다. 또한 본 발명에 따른 SCAR 표지에 의한 무사마귀병 저항성 개체의 선발방법에 사용되는 프라이머는 상기 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 DNA 표지의 제작방법에 의한 결과물이므로, 상기 (C) 단계와 그 실시예에서 함께 기술한다.Hereinafter, a method for producing a DNA label for a wart disease resistant gene of the present invention, comprising: (A) identifying an AFLP label associated with a wart disease resistant gene; (B) converting the AFLP label to a SCAR or CAPS label; (C) specifically examines the step of assaying the usefulness of the use of the DNA label for label selection, and the selection method of the wart-resistant individuals according to the present invention is the same as the method used in step (C), (C ) Together. In addition, since the primer used in the method of selecting a wart disease-resistant individual by SCAR label according to the present invention is a result of the method of producing a DNA label for the wart-resistant gene, the above-described step (C) and the embodiment described together do.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명Detailed Description of the Invention
(A) 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지의 동정(A) Identification of AFLP markers associated with wart-resistant genes
본 발명에서는 AFLP 표지를 선발하기 위하여 BSA(Bulked Segregant Analysis)를 적용한 AFLP 기법을 이용한다. BSA를 적용한 AFLP 기법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.In the present invention, an AFLP technique using BSA (Bulked Segregant Analysis) is used to select an AFLP marker. Brief description of the AFLP technique using the BSA is as follows.
잡종 2대(이하, F2 라고 함) 집단을 저항성과 이병성으로 구분한 후, 저항성 개체와 이병성 개체에서 DNA를 각각 추출하여 저항성 DNA 벌크(bulk) 및 이병성 DNA 벌크를 만든다. 부본, 모본의 게놈 DNA와 상기 저항성 및 이병성 DNA 벌크를 주형 DNA로 하고 AFLP 프라이머의 조합으로 폴리머라제 연쇄 반응법(Polymerase Chain Reaction, 이하 PCR이라 함)을 수행한다. 상기 PCR 산물을 전기영동시키고 저항성 개체와 이병성 개체간의 다형성(polymorphism)을 나타내는 밴드를 조사하여 AFLP 표지를 선발한다.Two groups of hybrids (hereinafter referred to as F 2 ) are divided into resistant and pathogenic, and then DNA is extracted from resistant and pathogenic individuals, respectively, to form resistant DNA bulk and pathogenic DNA bulk. The genomic DNA of the copy and parent, and the resistant and pathogenic DNA bulk are used as template DNAs, and a polymerase chain reaction (hereinafter, referred to as PCR) is performed by combining AFLP primers. The PCR product is electrophoresed and AFLP markers are selected by examining bands representing polymorphism between resistant and pathogenic individuals.
그러나 유전자형을 결정하지 않고 표현형을 기초로 한 저항성 DNA 벌크에는 동형접합체(homozygous)와 이형접합체(heterozygous)가 모두 존재하여 공우성 표지와 우성 표지를 구별할 수 없는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 이전에 개발된 SCAR 표지(Piao et al. 2002)를 이용하여 동형접합체로 구성된 DNA 벌크를 제조하고, 이에 AFLP 기법을 적용함으로써 우성 또는 공우성으로 구별되는 표지를 제작할 수 있다.However, there is a disadvantage in that both homozygous and heterozygous are present in the resistant DNA bulk based on the phenotype without determining the genotype. Therefore, in the present invention, a DNA bulk composed of homozygotes may be prepared using a previously developed SCAR label (Piao et al. 2002), and a label distinguished as dominant or co-dominant may be manufactured by applying AFLP technique thereto.
상기의 BSA를 적용한 AFLP 기법을 이용하여 선발한 AFLP 표지의 무사마귀병 저항성 유전자에 대한 상대적 위치 및 거리를 알기 위하여 연관성 지도를 작성한 다.An association map is prepared to know the relative position and distance of the wart disease resistant gene of the AFLP marker selected using the BLP-applied AFLP technique.
(B) AFLP 표지를 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 변환(B) converting AFLP markers to SCAR markers or CAPS markers
AFLP 표지는 유전체의 특정부위를 표시(tagging) 하기 위하여 널리 이용되고, 특히 특정 유전자좌에 연관된 DNA 표지를 스크린하기에는 매우 유용한 방법이나, 높은 비용과 복잡한 조작방법으로 인하여 표지 활용 선발에 응용하거나 지도에 의존한 클로닝 등을 위한 큰 규모 집단에 적용하기에는 한계가 있다. 따라서 상기 (A) 단계에서 선발한 AFLP 표지는 사용하기 편리하고 신뢰성 있는 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 변환한다. 또한 변환된 SCAR 표지 및 CAPS 표지와 무사마귀병 저항성 유전자 CRb의 연관군 지도를 작성하여 AFLP 표지의 순서와 일치하는지 여부를 확인한다.AFLP markers are widely used for tagging specific regions of the genome, and are particularly useful for screening DNA markers associated with specific loci, but due to their high cost and complex manipulations, they can be used to select markers or rely on guidance. There is a limit to applying to large groups for cloning and the like. Therefore, the AFLP label selected in step (A) is converted into a SCAR label or CAPS label that is convenient and reliable to use. In addition, a mapping group of the transformed SCAR marker, CAPS marker, and wart resistance gene CRb is prepared to confirm whether the sequence of the AFLP marker is consistent.
AFLP 표지를 SCAR 표지로 변환하기 위하여 AFLP 표지를 전기영동한 겔(gel)에서 분리하고 클로닝한 후 AFLP 표지를 가지는 클론을 선발한다. 본 발명에서 AFLP 표지를 SCAR 표지로 변환하는 과정 중, AFLP 표지의 서열을 가지는 정확한 클론을 선발하는 것이 가장 결정적인 요소이다. 클론이 AFLP 표지와 같은 크기의 삽입체를 가지는지 확인하기 위하여, 다수의 콜로니로부터의 플라스미드 DNA를 분리하고, 상기 (A) 단계의 선택적 프라이머 조합을 이용하여 PCR을 수행한다. PCR 산물을 전기영동하고 양친과 저항성 및 이병성 DNA 벌크를 대조군으로 이용하여 해당하는 AFLP 표지와 같은 크기의 삽입체를 가지는 콜로니를 선발한다.In order to convert the AFLP label to the SCAR label, the AFLP label was separated from the electrophoretic gel, cloned, and a clone having the AFLP label was selected. In the process of converting the AFLP label to the SCAR label in the present invention, selecting the exact clone having the sequence of the AFLP label is the most critical factor. To confirm that the clone has an insert of the same size as the AFLP label, plasmid DNA from multiple colonies is isolated and PCR is performed using the optional primer combination of step (A) above. The PCR products were electrophoresed and colonies with inserts of the same size as the corresponding AFLP label were selected using parental and resistant and pathogenic DNA bulk as controls.
상기 선발된 콜로니의 클론은 서든 분석법(Southern Analysis)을 이용하여 재확인된다. 서든 분석법은 상기 선택적 프라이머의 PCR 산물을 아가로스 겔에 전기영동하고, DNA를 나일론 막에 트랜스퍼(transfer)하는 서든 블랏팅 단계; 혼성화 버퍼에 블랏을 놓고 탐침으로 혼성화시키는 단계; 상기 혼성화 된 막을 버퍼로 워싱하는 단계; 및 블랏을 자기방사선 필름에 노출시킨 후 혼성화 신호를 검출하는 단계로 이루어진다. Clones of the selected colonies are reconfirmed using Southern Analysis. Sudden assays include a sudden blotting step of electrophoresing the PCR product of the selective primer onto an agarose gel and transferring DNA to a nylon membrane; Placing the blots in the hybridization buffer and hybridizing with the probe; Washing the hybridized membrane with a buffer; And detecting the hybridization signal after exposing the blot to the self-radiating film.
상기와 같은 방법으로 선발된 클론의 플라스미드 DNA 서열을 분석하고, 프라이머 제작 소프트웨어를 이용하여 상기 AFLP 표지의 양 말단 서열에 대한 프라이머를 제작한다. The plasmid DNA sequences of the clones selected in this manner are analyzed and primers are prepared for both terminal sequences of the AFLP label using primer preparation software.
저항성 개체와 이병성 개체의 게놈 DNA를 주형으로 하고 상기에서 제작된 프라이머로 PCR을 수행하여 전기영동한 결과, 두 개체간에 다형성을 나타내면 상기 AFLP 표지는 SCAR 표지로 변환된 것이다. The genomic DNA of resistant and pathogenic individuals was used as a template, and electrophoresis was carried out by PCR with the primers prepared above. When the polymorphism was shown between the two individuals, the AFLP label was converted into a SCAR label.
또한 폴리머라제 연쇄 반응의 결과물이 두 개체간에 다형성을 나타내지 않는 경우에는 폴리머라제 연쇄 반응의 결과물을 제한효소로 절단하고, 그 절편을 전기영동하여 두 개체간에 다형성을 나타내면 상기 AFLP 표지는 CAPS 표지로 변환된 것이다. If the result of the polymerase chain reaction does not show polymorphism between the two individuals, the result of the polymerase chain reaction is cleaved with restriction enzymes, and the fragment is electrophoresed to show polymorphism between the two individuals. It is.
변환에 성공한 SCAR 표지 또는 CAPS 표지는 F2 식물체에 대하여 검정하여 분리와 맵핑에 사용한다. 또한 상기 DNA 표지와 그 프라이머들이 무사마귀병 저항성 개체 선발을 위하여 사용될 수 있는 지 여부를 알기 위하여 다음 (C) 단계와 같이 검정한다.Successfully converted SCAR markers or CAPS markers are assayed for F 2 plants and used for isolation and mapping. In addition, to determine whether the DNA label and its primers can be used for the selection of wart-resistant individuals, the following assay (C).
(C) SCAR 표지 또는 CAPS 표지의 표지 활용 선발에 대한 유용성 검정(C) Usefulness assay for selection of marker utilization of SCAR marker or CAPS marker
상기 (B) 단계에서 획득된 SCAR 표지 또는 CAPS 표지가 표지 활용 선발에 이용될 수 있는지를 검정하기 위하여, 시중에 유통되는 배추품종에 대하여 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 무사마귀병 저항성 여부를 검사한다. In order to test whether the SCAR label or CAPS label obtained in step (B) can be used for selection of label utilization, the cabbage varieties on the market are tested for wart disease resistance with the SCAR label or CAPS label.
무사마귀병에 대하여 저항성이거나 이병성인 배추품종에 대하여 무사마귀병 균주를 접종하여 무사마귀병 발병여부를 조사하고, 상기 (B) 단계에서 선발된 프라이머로 PCR을 수행하여 SCAR 표지 또는 CAPS 표지의 검출결과를 비교함으로써 상기 표지들의 유용성을 평가할 수 있으며, 그 방법은 다음과 같다. Investigate the presence of wart disease by inoculating a wart strain against cabbage varieties resistant to or infectious to wart disease, and performing PCR with the primer selected in step (B) to compare the detection result of SCAR or CAPS label. By evaluating the usefulness of the markers, the method is as follows.
① DNA의 분리 및 정제① Isolation and Purification of DNA
본 발명의 무사마귀병 저항성 유전자 CRb를 가지는 CR Shinki DH 계통의 식물체와 무사마귀병 저항성 여부를 판단하고자 하는 개체의 게놈 DNA를 분리한 후 정제한다. 무사마귀병 저항성 개체선발은 순도 높은 DNA의 확보에 따라 그 성패가 좌우되므로 중요하다. 식물체에서 게놈 DNA를 분리하고 정제하는 방법은 당해 기술에서 알려진 통상의 방법에 의한다.The genome DNA of a plant of the CR Shinki DH strain having the wart resistance gene CRb of the present invention and an individual to determine whether or not the wart disease is separated and purified. The choice of wart resistant individuals is important because their success depends on obtaining high-purity DNA. Methods for isolating and purifying genomic DNA from plants are by conventional methods known in the art.
② PCR에 의한 DNA 증폭② DNA amplification by PCR
PCR은 고온에서 주형 DNA의 이중쇄를 단일쇄로 만드는 변성단계(denaturation step); 저온에서 프라이머와 주형 DNA를 어닐링시키는 연결단계(annealing step); 및 중온에서 주형 DNA에 대하여 상보적 가닥을 합성하여 다 시 이중쇄 DNA로 만드는 연장단계(extention step);로 이루어지는 과정을 반복하여 특정 DNA 단편의 수를 기하급수적으로 증폭시키는 방법이다.PCR includes a denaturation step of single-stranding the double strand of template DNA at high temperature; Annealing step of annealing the primer and template DNA at low temperature; And an extension step of synthesizing the complementary strand with respect to the template DNA at medium temperature, and making the double-stranded DNA again (extention step). The method of amplifying exponentially the number of specific DNA fragments.
PCR은 주형 DNA, Mg2+ 이온, Taq 폴리머라제, dNTP, 프라이머(전위 프라이머, 역위 프라이머) 등의 필수적 요소로 구성된 반응용액에서 상기와 같은 세 단계를 25∼35 사이클 반복한다. PCR repeats the above three
변성단계에서 초기변성(initial denaturation)은 94~95℃에서 5분 정도로, 그 후의 변성은 94~95℃에서 20~30초에서 수행되나, 주형 DNA의 GC 함량에 따라 달라질 수 있다.Initial denaturation in the denaturation step is about 5 minutes at 94 ~ 95 ℃, subsequent denaturation is performed in 20 ~ 30 seconds at 94 ~ 95 ℃, it may vary depending on the GC content of the template DNA.
연결단계의 온도는 프라이머의 Tm 값에 따라 결정된다. 온도가 너무 높으면 프라이머가 주형 DNA에 어닐링 되지 않아 PCR 산물이 생기지 않게 되고, 온도가 너무 낮으면 비특이적 어닐링이 일어나 정확한 PCR 산물이 생기지 않는다. The temperature of the linking step is determined by the Tm value of the primer. If the temperature is too high, the primer is not annealed to the template DNA and no PCR product is produced. If the temperature is too low, non-specific annealing occurs and the correct PCR product is not produced.
연장단계에서는 Taq 폴리머라제에 의하여 DNA 중합이 일어나는 단계로서, 72℃에서 수행되며 주형 DNA의 길이에 따라 연장시간이 달라진다. 따라서 PCR 조건은 프라이머의 길이와 성질에 따라 달라지므로, 본 발명의 각 프라이머에 대한 PCR 조건은 표 9에 나타내었다.In the extension step, DNA polymerization is performed by Taq polymerase, which is performed at 72 ° C., and the extension time varies depending on the length of the template DNA. Therefore, since PCR conditions vary depending on the length and nature of the primers, PCR conditions for each primer of the present invention are shown in Table 9.
③ 전기영동 후 SCAR 표지 또는 CAPS 표지의 검출③ Detection of SCAR label or CAPS label after electrophoresis
상기 CR Shinki DH 계통과 판별의 대상이 되는 식물체의 PCR 산물을 로딩 다이(loading dye)와 혼합한 후 아가로스 겔 또는 폴리아크릴아미드 겔 상에 전기영 동한다. 전기영동 결과를 자외선 하에서 조사하거나, 겔을 염색하고 조사하여, CR Shinki DH 계통의 표지가 판별의 대상이 되는 식물체의 밴드로 나타나는지 여부를 확인한다.The PCR product of the CR Shinki DH strain and the plant to be discriminated is mixed with a loading dye and then electrophoresed on an agarose gel or a polyacrylamide gel. Electrophoresis results are irradiated under ultraviolet light, or gels are stained and irradiated to check whether the markers of the CR Shinki DH strain appear as bands of the plant to be discriminated.
상기 PCR 과정에 (B) 단계에서 제작한 프라이머로 다양한 식물체를 검정한 결과, 표지 활용 선발에 이용될 수 있을 것으로 판단된 프라이머는 서열번호 3 내지 10에 나타내었다. 또한 기존의 SCAR 표지에 대한 프라이머는 서열번호 1과 2로 나타내었다. As a result of assaying various plants with the primers prepared in step (B) in the PCR process, primers determined to be used for selection of label utilization are shown in SEQ ID NOs: 3 to 10. In addition, primers for the existing SCAR label is shown in SEQ ID NO: 1 and 2.
또한, 본 발명에 따른 DNA 표지를 이용한 무사마귀병 저항성 개체의 선발방법은 상기의 ① DNA의 분리 및 정제 단계; ② PCR에 의한 DNA의 증폭단계; ③ 전기영동 후 SCAR 표지 또는 CAPS 표지의 검출단계와 동일하다. In addition, the method for selecting a wart-resistant individual using a DNA label according to the present invention includes the steps of: ① separating and purifying DNA; ② amplification of DNA by PCR; ③ It is the same as the detection of SCAR label or CAPS label after electrophoresis.
따라서 상기 프라이머는 서열번호 3과 4, 서열번호 5와 6, 서열번호 7과 8, 및 서열번호 9와 10으로 이루어지는 프라이머 쌍에서 선택된 것을 특징으로 한다. 또한 상기 프라이머는 서열번호 1과 2, 서열번호 3과 4, 서열번호 5와 6, 서열번호 7과 8, 및 서열번호 9와 10으로 이루어지는 군에서 선택된 프라이머 쌍을 중복하여 사용하는 경우 무사마귀병 저항성 개체를 매우 정확하게 선발할 수 있으므로 더욱 바람직하다.Therefore, the primer is characterized in that selected from the primer pair consisting of SEQ ID NO: 3 and 4, SEQ ID NO: 5 and 6, SEQ ID NO: 7 and 8, and SEQ ID NO: 9 and 10. In addition, the primers are warty disease resistant when using a primer pair selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1 and 2, SEQ ID NO: 3 and 4, SEQ ID NO: 5 and 6, SEQ ID NO: 7 and 8, and SEQ ID NO: 9 and 10 in duplicate. It is more desirable because the individual can be selected very accurately.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실 시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.The invention may be better understood by the following examples, which are intended for purposes of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
실시예 Example
실시예 1 : 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지의 동정 Example 1 Identification of AFLP Markers Associated with Wart-Resistant Genes
(a) 공시 배추 재료(a) the disclosure cabbage material
무사마귀병 이병성 계통인 94 SK 근교계통을 부본으로 사용하고, 무사마귀병 저항성 계통으로는 CR Shinki를 약배양하여 육성된 CR Shinki DH(doubled haploid, 또는 '약유래 내성계통'이라고 한다) 계통을 모본으로 사용하였다. 하우스에서 키운 CR Shinki DH 계통의 꽃은 발아기에 제거하고 94 SK의 화분으로 이화수분(cross-pollinate) 시켜 잡종 1대(이하, F1 라고 함) 종자를 얻고, 이를 자가수정(selfing) 하여 잡종 2대(이하, F2 라고 함)를 얻었다. 또한 상기 F1을 부본으로 역교배하여 역교배 1대를(이하 BC1 라고 함) 얻었다. The non-wart disease 94 SK sub-system is used as a copy, and the non-wart disease-resistant system is a CR Shinki DH (doubled haploid, or 'drug-induced resistance') system that has been grown by weakly cultivating CR Shinki. Used. CR Shinki DH flowers grown in the house are removed during germination and cross-pollinate with 94 SK pollen to obtain one hybrid (hereinafter referred to as F 1 ) seed, which is self-hybridized. Two (hereinafter referred to as F 2 ) were obtained. In addition, the above F 1 was backcrossed with a copy to obtain one backcross (hereinafter referred to as BC 1 ).
(b) 무사마귀병 저항성 검정(b) Wart-resistant test
① 휴면 포자의 분리① Separation of dormant spores
1998년과 2000년에 무사마귀병이 심하게 오염된 강원도 평창 지역에서 P. brassicae의 포자를 함유한 뿌리혹을 수집하였고, 수집된 뿌리는 물로 깨끗이 세척 하여 사용할 때까지 -70 ℃에서 보관하였다. In 1998 and 2000, root nodules containing spores of P. brassicae were collected in Pyeongchang, Gangwon-do, Korea. The collected roots were stored at -70 ° C until they were washed with water.
동결된 이병조직 50g 당 증류수 450 ml을 가하여 분쇄기(homogenizer)로 3,000 rpm에서 5 분간 분쇄한 후, 3겹의 거즈로 여과시키고 다시 6겹의 거즈로 재 여과시켰다. 여과액은 2,000 rpm에서 3 분간 원심분리 한 후 상층액을 제거하고 점질의 담갈색 침전물(휴면포자 침전물)에 다시 증류수를 가하여 현탁시킨 다음 상기 원심분리 과정을 반복하였다. 3차 원심분리 후 최종적으로 얻은 침전물을 증류수 100 ml 에 현탁시키고 헤모사이토미터를 사용하여 균의 형태와 크기 등을 확인한 후 포자 농도를 구하고, -20 ℃에서 냉동 보관하였다. 상기와 같이 분리된 무사마귀병 균주를 각각 PC98-1, PC98-2 및 PC-00으로 명명하였다. 450 ml of distilled water was added per 50 g of frozen diseased tissue, and then ground for 5 minutes at 3,000 rpm with a homogenizer, filtered through three layers of gauze, and again filtered through six layers of gauze. The filtrate was centrifuged at 2,000 rpm for 3 minutes, and then the supernatant was removed and suspended again by adding distilled water to a viscous pale brown precipitate (sleep spore precipitate) and repeating the centrifugation process. The final precipitate obtained after the third centrifugation was suspended in 100 ml of distilled water, and the spore concentration was determined using a hemocytometer to determine the form and size of the bacteria, and stored frozen at -20 ° C. The wart strains isolated as above were named PC98-1, PC98-2 and PC-00, respectively.
② 접종방법② How to inoculate
상기 포자는 1998년, 2000년 및 2001년에 하우스 내에서 접종하였고, 양친과 F1, F2는 PC98-1, PC98-2 및 PC-00 으로, BC1은 PC-00 으로, 다음과 같이 검정하였다. 16-셀 다중포트(16-cell multi pot)에 종자를 파종하고, 온도는 20 내지 25 ℃, 일장은 16 시간, 야간에는 CWF(cool-white fluorescent)로 빛을 유지하였다. 종자를 파종한 후 발아 3 일 후에 106/ml 농도의 균을 뿌리 주위에 포트 당 10 ml 씩 관주하였다. 접종 후부터 약 4 주간은 토양습도를 포트의 토양 표면이 마르지 않을 정도로 유지시켰다. 파종 40 일 후, 뿌리를 뽑아 흙을 제거하고 표 1에 의하여 무사마귀병의 발병 정도를 검사하였다. 이하에서는, 무사마귀병 균주로 검정한 결과 0-1 등급을 나타내는 개체는 저항성으로, 3-4 등급을 나타내는 개체는 이병성으로 분류하였다.The spores were inoculated in house in 1998, 2000 and 2001, with the parents F 1 and F 2 as PC98-1, PC98-2 and PC-00, BC 1 as PC-00, Assay. Seeds were sown in a 16-cell multi pot, and the temperature was maintained at 20-25 ° C., 16 hours at day, and cool-white fluorescent (CWF) at night. Three days after germination, 10 6 / ml bacteria were irrigated 10 ml per pot around the roots. About 4 weeks after inoculation, the soil humidity was maintained so that the soil surface of the pot did not dry out. After 40 days of sowing, roots were removed to remove soil, and the incidence of WART disease was examined according to Table 1. Hereinafter, as a result of assaying for the wart strain, individuals with a 0-1 rating were classified as resistant, and individuals with a 3-4 rating were classified as pathogenic.
③ 레이스 판별③ Race discrimination
한편 평창에서 수집된 무사마귀병 균주의 레이스를 결정하기 위하여 Williams의 분류법(Williams 1966)에 따른 공시 식물체 Jersey Queen, Badger Shipper, Laurentian 및 Whilhelmsburger로 검정한 결과, 표 3과 같은 결과를 보였고, 표 2의 Williams의 분류법(Williams 1966)에 의하여 PC98-1, PC8-2 및 PC-00의 병원형은 레이스 8, 4, 2로 판별되었다. On the other hand, to determine the race of wart strains collected in Pyeongchang, the tested plants according to Williams' classification (Williams 1966) Jersey Queen, Badger Shipper, Laurentian and Whilhelmsburger showed the results as shown in Table 3, According to Williams' classification (Williams 1966), the pathologies of PC98-1, PC8-2 and PC-00 were identified as
( + 는 표준숙주식물에 대한 이병성 반응을 나타내고, - 는 표준숙주식물에 대한 저항성 반응을 나타낸다.)(+ Indicates pathogenic response to standard host plants,-indicates resistance to standard host plants.)
(NPT : 검정된 식물체의 수, NPI : 감염된 식물체의 수)(NPT: number of plants tested, NPI: number of infected plants)
무사마귀병 균주 PC98-1, PC98-2 및 PC00을 이용하여 무사마귀병 저항성 유전자의 유전분석을 한 결과, F2에서 저항성과 이병성 개체의 분리 비율은 5% 유의성 수준에서 3:1로 나타났고, BC1 집단에서는 저항성과 이병성이 1:1의 비율로 나타났다. 따라서 무사마귀병 균주 레이스 2, 4, 8에 대한 저항성은 단일 우성 유전자에 의하여 조절되는 것을 알 수 있으며, 이 유전자는 CRb로 명명하였다.Genetic analysis of the wart-resistant genes using the wart strains PC98-1, PC98-2 and PC00 showed that the separation rate of resistant and pathogenic individuals in F 2 was 3: 1 at 5% significance level. In group 1 , resistance and pathogenicity were found to be 1: 1. Therefore, resistance to the warty strain strains 2, 4, and 8 can be seen to be controlled by a single dominant gene, which is named CRb.
(HP : 저항성 개체의 관찰값, IP : 이병성 개체의 관찰값, EHP : 저항성 개체의 기대값, EIP : 이병성 개체의 기대값, NS : not significance) (HP: observed value of resistant subject, IP: observed value of diseased subject, EHP: expected value of resistant subject, EIP: expected value of infectious subject, NS: not significance)
(c) 기존의 SCAR 표지 TCR01을 이용한 BSA법(c) BSA method using conventional SCAR label TCR01
동형 접합체(homozygous)인 저항성과 이병성 F2 개체를 선발하기 위하여, 이전의 연구를 통하여 개발된 공우성 SCAR 표지 TCR01(Piao et al. 2002)을 이용하여 40개의 F2 개체를 조사하였다. TCR01 표지에 대하여 동형 접합체의 밴드를 나타내는 10개의 저항성 개체와 6개의 이병성 개체에서 각각 같은 농도의 DNA를 추출하여 저항성 벌크와 이병성 벌크를 제조하였다. 양친 DNA와 상기 두개의 벌크는 하기 (d)의 BSA이 적용된 AFLP 분석에 이용되었다.To screen for homozygous (homozygous) resistant and pathogenic F 2 individuals, 40 F 2 individuals were examined using the co-dominant SCAR-labeled TCR01 (Piao et al. 2002) developed in the previous study. Resistant bulk and pathogenic bulk were prepared by extracting the same concentrations of DNA from 10 resistant and 6 pathogenic individuals, each representing a band of homozygous for the TCR01 label. The parental DNA and the two bulks were used for AFLP analysis with the BSA of (d) below.
양친과 40개의 F2 개체의 게놈 DNA는 Pierre와 Marechal-Drouard(1992) 기법을 약간 수정하여 추출하였다. 구체적으로는 잎 1 g을 갈아 미세분말로 제조하고, 10 mL의 extraction buffer(100 mM의 sodium acetate pH 4.8, 50 mM의 EDTA pH 8.0, 500 mM의 NaCl, 가용성 PVP 2 %)를 가하여 혼합한 후, 4겹의 거즈와 1겹의 miracloth(여과재 일종)로 여과하였다. 혼합물은 65 ??에서 30 분간 인큐베이션하고, 25 ℃에서 10 분간 10,000 g 으로 원심분리한 후, 상등액을 분리하였다. 5 M의 포타슘 아세테이트(pH 4.8) 1/3 부를 가하고 혼합한 후 얼음에서 30 분간 인큐베이션하였다. 4 ℃에서 10 분간 10,000 g에서 원심분리한 후 상등액을 1겹의 miracloth로 여과하고, 이소프로판올 0.6 부를 가하여 -40 ℃에서 30 분간 DNA를 침전시켰다. 10 분간 10,000 g에서 원심분리하여 그 상등액을 제거하였다. 펠렛은 1 시간 동안 100 % 에탄올로 세척하고, 500 ㎕의 증류수에서 재용해 시킨 후, 원심분리를 이용하여 불용성 물질을 제거하였다. 이소프로판올 0.6 부를 가하여 DNA를 침전시키고 12,000 rpm으로 10 분간 원심분리하였다. DNA 펠렛은 70% 에탄올로 세 척한 후 진공건조하고 멸균수로 재 용해 시켰다. Genomic DNA of the parent and 40 F 2 individuals was extracted with a slight modification of Pierre and Marechal-Drouard (1992). Specifically, 1 g of leaves were ground, prepared as a fine powder, mixed by adding 10 mL of extraction buffer (100 mM sodium acetate pH 4.8, 50 mM EDTA pH 8.0, 500 mM NaCl,
(d) AFLP 분석(d) AFLP analysis
AFLP 분석은 변경된 Vos 등(1995)의 방법을 이용하였고 구체적인 방법은 다음과 같다. AFLP analysis was performed using the modified Vos et al. (1995) method.
① 게놈 DNA의 절단 ① cleavage of genomic DNA
게놈 DNA 0.5 ㎍은 총부피 25 ㎕에 제한효소 EcoRⅠ과 Tru9Ⅰ 각 5 units, PstⅠ과 Tru9Ⅰ 각 5 units를 첨가하고 37 ℃에서 밤새도록 반응시켰다. 0.5 ㎍ of genomic DNA was added to 25 ㎕ of total volume and 5 units of restriction enzymes EcoR I and
② DNA 절편에 어댑터의 연결② Connection of adapter to DNA fragment
75 ℃의 온수에서 제한효소를 비활성화 시킨 후, 상기 제한효소에 의하여 절단된 DNA 절편을 각각 EcoRⅠ과 MseⅠ 어댑터, PstⅠ과 MseⅠ 어댑터와 연결시켰다. 제한효소 단편에 어댑터를 연결시키기 위한 혼합액은 EcoRⅠ 또는 PstⅠ 어댑터 5 pM, MseⅠ 어댑터 50 pM, 10ㅧligation buffer 2.5 ㎕, 및 T4 DNA 리가아제 1 unit가 포함하여 총 부피 25 ㎕가 되었다. 어댑터의 서열은 표 5에 나타내었고, 어댑터에서 플랭킹 서열(flanking sequence)은 제한효소 절편 상에서 프라이머 결합부위로 이용된다. After disabling the restriction enzyme in 75 ℃ water it was connected to the DNA fragment cut by the restriction enzyme with each of Eco and Mse RⅠ Ⅰ adapter, Pst Ⅰ and Mse Ⅰ adapter. Mixture for connecting the adapter to the restriction fragments were a Eco RⅠ or
③ 예비적 증폭③ preliminary amplification
연쇄중합반응은 예비적 증폭(preamplification)과 선택적 증폭(selective amplification)의 두 단계로 이루어진다. 예비적 증폭은 추가적인 선택적 뉴클레오티드를 가진 어댑터 서열에 상보적으로 실시되어, 선택적 증폭에서 주형으로 사용될 DNA를 충분한 양으로 증폭시킨다. The chain polymerization reaction consists of two stages: preamplification and selective amplification. Preliminary amplification is carried out complementary to the adapter sequence with additional selective nucleotides to amplify the DNA in sufficient amounts to be used as a template for selective amplification.
예비적 증폭 단계의 반응조건은 PstⅠ(또는 EcoRⅠ) 프라이머 30 ng, MseⅠ 프라이머 30 ng, 2.5 mM 농도의 dNTPs 5 ㎕, 10ㅧPCR 버퍼 2.5 ㎕, Taq DNA 중합효소 1 unit, 및 10 배로 희석된 제한/연결 혼합물의 5 ㎕를 포함하는 총 부피 50㎕의 용액에 대해, 변성단계는 94 ℃에서 30 초, 어닐링 단계는 56 ℃에서 1 분, 연장단계는 72 ℃에서 1 분간으로 29 회 반복하였다. 하기 표 6은 예비적 증폭 프라이머의 서열로서, 각 프라이머의 3' 말단은 선택적 뉴클레오티드이다. 즉, EcoRⅠ 프라이머의 선택적 뉴클레오티드는 'a', MseⅠ 프라이머의 선택적 뉴클레오티드는 'c', PstⅠ 프라이머의 선택적 뉴클레오티드는 'g' 이다.The reaction conditions of the pre-amplification step is Pst Ⅰ (or Eco RⅠ)
④ 선택적 증폭④ selective amplification
상기 예비적 증폭의 산물을 50배로 희석하여 선택적 증폭 단계에서 주형 DNA로 사용하고, 두개의 AFLP 프라이머 쌍(PstⅠ과 MseⅠ 프라이머, EcoRⅠ과 MseⅠ 프라이머)을 조합하여 증폭시켰다. 각 프라이머는 예비적 증폭 프라이머의 3' 말단에 두개의 뉴클레오티드가 선택적으로 포함된다(표 7). 따라서, PstⅠ과 MseⅠ 프라이머, EcoRⅠ과 MseⅠ 프라이머로 각각 256개의 조합이 가능하다. 총 512 프라이머 조합에 대하여, 절반은 16 PstⅠ+GNN 및 16 MseⅠ+GNN 프라이머로, 나머지 반은 16 EcoRⅠ+ANN 및 16 MseⅠ+CNN 프라이머의 조합으로 이루어졌는데, 이 프라이머 조합들은 무사마귀 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지를 동정하기 위하여 이용되었다. The product of the pre-amplification was diluted 50 times as a template DNA in the selective amplification steps, and the amplification in combination of two AFLP primers (Pst Ⅰ Ⅰ and Mse primers, Eco and Mse RⅠ Ⅰ primer). Each primer optionally contains two nucleotides at the 3 'end of the preliminary amplification primers (Table 7). Therefore, it is respectively possible 256 combinations with Pst Ⅰ Ⅰ and Mse primers, Eco and Mse RⅠ Ⅰ primer. For a total of 512 primer combinations, half consisted of 16 PstI + GNN and 16 MseI + GNN primers, and the other half consisted of 16 EcoRI + ANN and 16 MseI + CNN primers, which were AFLPs associated with wart resistance genes. It was used to identify the marker.
선택적 증폭은 EcoRⅠ 또는 PstⅠ 프라이머 15 ng, MseⅠ 프라이머 30 ng, dNTPs 2.5 mM, 10ㅧPCR 버퍼 2 ㎕, Taq DNA 중합효소 0.4 unit, 및 주형 DNA 5 ㎕를 포함하는 총 20 ㎕의 혼합용액에서 대하여, 변성단계는 94 ℃에서 30 초간; 결합 단계에서는 첫 번째 사이클은 65 ℃에서 30 초간, 두 번째 사이클은 72 ℃에서 60 초간, 그 후 13번째 사이클까지는 매 cycle 0.7 ℃ 씩 낮춘 온도에서 1 분간씩, 나머지 총 33 cycle은 56 ℃에서 1 분간 일정하게 유지했으며; 연장단계는 72 ℃에 서 1 분간 일정하게 유지하였다. 모든 증폭은 9600 Perkin-Elmer에서 수행되었다.Selective amplification was mixed in total 20 ㎕ containing Eco RⅠ or
(N은 a, t, g, c 중 어느 것이나 가능함)(N can be any of a, t, g, and c)
⑤ 전기영동⑤ Electrophoresis
선택적 증폭의 PCR 산물은 동량의 로딩 다이(98 % formamide, 10 mM EDTA, 0.001 % each of xylene cyanol and bromophenol blue)와 혼합되었다. 샘플은 5 분간 94 ℃에서 변성된 후 얼음 위에서 냉각시켰다. 혼합물(2.4 ㎕)은 롱 랭거 겔(Long Ranger gel, FMC) 상에 로딩하고 85 W에서 1×TBE로 전기영동하였다. 전기영동 후 겔은 은 염색 Kit(Bioneer Co. Korea)로 염색하였다. The PCR product of selective amplification was mixed with the same amount of loading die (98% formamide, 10 mM EDTA, 0.001% each of xylene cyanol and bromophenol blue). The sample was denatured at 94 ° C. for 5 minutes and then cooled on ice. The mixture (2.4 μl) was loaded on Long Ranger gel (FMC) and electrophoresed at 1 × TBE at 85 W. After electrophoresis, the gel was stained with a silver staining kit (Bioneer Co. Korea).
⑥ AFLP 표지의 검출 ⑥ Detection of AFLP marker
양친 사이에 다형성을 보이는 각 AFLP 표지를 검출하였다. 일반적으로 AFLP 표지는 우성이므로 표지는 밴드로 나타나거나 또는 나타나지 않는다. 저항성과 이병성 벌크 사이에서 다형성을 나타내는 밴드는 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 표지의 후보로 검출되었다. PstⅠ과 MseⅠ 프라이머 조합에서 발생된 후보 표지는 양친과 두 DNA 벌크를 주형 DNA로 하는 별개의 PCR 반응으로 확인되었다. EcoRⅠ 과 MseⅠ 프라이머 조합에서 동정된 표지는 더 가까이 연관된 표지를 동정하기 위한 F2 재조합 분석에만 이용하였다.Each AFLP label showing polymorphism between the parents was detected. In general, AFLP markers are dominant so the markers may or may not appear in bands. Bands showing polymorphism between resistance and pathogenic bulk were detected as candidates for markers associated with wart resistance genes. Candidate markers generated from the Pst I and Mse I primer combinations were identified by separate PCR reactions using parent DNA and two DNA bulk as template DNA. The labeled isolated from Eco and Mse RⅠ Ⅰ primer combinations were used only F 2 recombination analysis to identify more closely associated markers.
상기 PstⅠ과 MseⅠ 프라이머 조합에서 검출된 CRb 연관 AFLP 후보 표지 중 한 개체에서 하나 이상의 재조합을 나타내는 것은 제외되었다. 그 결과, 이미 확보된 표지 TCR01을 제외하고 16개의 AFLP 표지가 후보로 탐색되었다. 이중 5개는 공우성 표지로서 P1, P2, P3, P4, P5로 명명하였고, 4개는 상인(in coupling)으로 연관된 표지로서 P6, P7, P8, P9로 명명하였으며, 7개는 상반(in repulsion)으로 연관된 표지로 확인되었고 P10, P11, P12, P13, P14, P15, P16으로 명명하였다. 상기 16개의 AFLP 표지와 P0에서 변환된 SCAR 표지 TCR01은 하기 실시예 2에서 138개의 F2 개체를 평가하기 위하여 이용되었다. Excluding one or more recombinations from one of the CRb-associated AFLP candidate markers detected in the Pst I and Mse I primer combinations was excluded. As a result, 16 AFLP markers were searched as candidates except for the already obtained marker TCR01. Five of them were named P1, P2, P3, P4, and P5 as co-dominant markers, and four were named P6, P7, P8, and P9 as markers associated with in coupling. associated markers were identified as P10, P11, P12, P13, P14, P15, and P16. The 16 AFLP markers and the SCAR marker TCR01 converted at P0 were used to evaluate 138 F 2 individuals in Example 2 below.
(e) AFLP 표지와 CRb의 연관 분석(e) Association of AFLP Labeling with CRb
상기 (d) 단계에서 선발된 17개의 AFLP 표지에서, 우성 표지는 3:1 분리여부를, 공우성 표지는 1:2:1 분리여부를 검정하고, 또한 연관을 조사하기 위해 138개 F2의 맵핑 집단을 상기 AFLP 표지 제작에 사용된 AFLP 프라이머 조합으로 검사하였다. 그 결과, 모든 표지는 CRb 유전자에 연관되어 있었고, 표 8에서 볼 수 있듯이 일반적인 분리를 보여주었다. 그러나 상반으로 연관된 우성 표지는 유전거리를 측정하는데 오류를 발생할 수 있으므로 연관지도 작성에 이용하지 않았고, 상인으로 연관된 4개의 우성표지와 6개의 공우성 표지만을 연관지도 작성에 이용하였다. 상 기 표지들로 138개의 F2 개체를 분석한 결과, 몇 개의 재조합이 일어났다. CRb는 TCR01와 8개, P4와는 7개, P8과는 3개, P9와는 2개의 재조합이 일어났다. In the 17 AFLP markers selected in step (d), the dominant markers were analyzed for 3: 1 separation, the co-dominant markers were examined for 1: 2: 1 separation, and 138 F 2 were examined to examine the association. The mapping population was examined with the AFLP primer combination used for the AFLP labeling. As a result, all markers were associated with the CRb gene and showed general isolation as shown in Table 8. However, since the dominant markers associated with the reciprocal markers may cause an error in measuring the genetic distance, they were not used in the mapping. Instead, only four dominant markers and six co-dominant markers associated with the merchant were used for the mapping. Analysis of 138 F 2 individuals with these markers resulted in some recombination. CRb had 8 recombinations with TCR01, 7 with P4, 3 with P8, and 2 with P9.
각 AFLP 표지의 연관 분석은 최소 LOD score 3과 최대 재조합 fraction 0.4로 실시되었다. LOD value 3 내지 8의 범위에서, 모든 표지는 하나의 연관 그룹 상에 정렬하였다. 상기 표지들은 모두 CRb와 연관을 나타내고, 또한 재조합도 일어났다. 연관분석 결과는 도 1에 나타내었고, SCAR 표지 TCR01과 AFLP 표지들은 8.14 cM 범위 내에 위치하였다. 도 1에서 볼 수 있듯이 CRb 유전자에 가까이 연관된 AFLP 표지 P1, P2, P4, P7, P8 및 P9를 선택하여 이하의 실시예 2에서 SCAR 표지로 변환하였다.Association analysis of each AFLP label was performed with a minimum LOD score of 3 and a maximum recombination fraction of 0.4. In the range of
CRb와 연관된 표지의 유전자 지도는 JoinMap 3을 이용하였고, 이는 LOD score 4.2와 최대 재조합 단편 0.4에 기초하여 작성되었다. 지도 거리는 Kosambi mapping function(Kosambi 1944)을 이용하여 산출하였다. 그 결과, CRb와 상기 AFLP 표지는 모두 같은 연관그룹(LG 1) 상에 있는 것을 알 수 있었다.Gene map of the label associated with CRb was used
(χ2= (HP-EHP)2/EHP+(IP-EIP)2/EIP; HP: 저항성 개체수에 대한 관찰값; IP: 이병성 개체수에 대한 관찰값; EHP: 저항성 개체수에 대한 기대값; EIP: 이병성 개체수에 대한 기대값)(χ 2 = (HP-EHP) 2 / EHP + (IP-EIP) 2 / EIP; HP: Observation for resistant populations; IP: Observation for pathogenic populations; EHP: Expectation for resistant populations; EIP: Expected value for the pathogenic population
실시예 2 : AFLP 표지를 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 변환Example 2 Conversion of AFLP Labels to SCAR Labels or CAPS Labels
(a) AFLP 표지의 클로닝(a) Cloning of AFLP Labels
① AFLP 표지의 정제① Purification of AFLP label
실시예 1에서 동정된 16개의 AFLP 표지 중, 무사마귀병 저항성 유전자 CRb와 가까이 연관된 6개의 AFLP 표지(P1, P2, P4, P7, P8 및 P9)를 PAGE 겔에서 분리하고 25℃에서 밤새도록 인큐베이션 한 후, 100 ㎕의 멸균수에서 5분 동안 끓였다. 12,000 rpm에서 5 분 동안 원심분리한 후 상등액은 깨끗한 튜브로 옮겼다. AFLP 절편을 함유하는 상등액 5 ㎕는 해당하는 선택적 프라이머를 이용하여 실시예 1에 기재된 선택적 증폭의 조건으로 증폭되었다. 증폭된 PCR 산물은 롱 랭거 겔(FMC) 상에서 분리시키고, 양친과 두 DNA 벌크를 대조군으로 이용하였다. 상기 PCR 산물은 AFLP 표지와 동일한 크기를 가지며, 1.0 % 아가로스 겔 상에서 분리된 후 겔 추출 키트(gel extraction kit, Qiagen USA)를 사용함으로써 겔에서 용리되었다. Of the 16 AFLP markers identified in Example 1, six AFLP markers (P1, P2, P4, P7, P8 and P9) closely associated with the wart disease resistance gene CRb were isolated from the PAGE gel and incubated overnight at 25 ° C. Then boiled in 100 μl of sterile water for 5 minutes. After centrifugation at 12,000 rpm for 5 minutes, the supernatant was transferred to a clean tube. 5 μl of the supernatant containing the AFLP fragment was amplified under the conditions of selective amplification described in Example 1 using the corresponding selective primers. Amplified PCR products were separated on long Langer gels (FMC) and parental and two DNA bulks were used as controls. The PCR product was the same size as the AFLP label and was separated on a 1.0% agarose gel and then eluted from the gel by using a gel extraction kit (Qiagen USA).
② AFLP 표지를 이용하여 컴피턴트 세포에 형질전환② transforming competent cells using AFLP labeling
상기 PCR 산물의 형질전환을 위한 컴피턴트 세포(competent cell, Gibco- BRL)로는 E. coli DH 10B를 사용하였고, 벡터로 pGEM-T Easy Vector(Promega USA)을 이용하여 클로닝하였다. 정제된 DNA 절편과 벡터의 연결은 4 ℃에서 밤새 반응시키고, 벡터와 삽입물의 비율은 1:3으로 하였다. 겔 블락(1 % 아가로스 겔 내에 글루코스 100 mM)에서 연결 혼합물을 얼음 위에서 1시간 동안의 탈염시키고, 1 ㎕의 연결물과 20 ㎕의 컴피턴트 세포를 잘 혼합한 후 Micropulser(Bio-Rad)를 이용하여 16 kV/cm에서 전기충격(electroporation)을 주었다. 형질전환된 세포는 1 mL의 SOC 배지로 옮기고 37 ℃에서 인큐베이션하였다. 50 분 후에 세포는 LB 고체배지(암피실린 50mg/mL, X-Gal과 IPTG)위에 스프레드되고, 37 ℃에서 밤새 인큐베이션되었다. 재조합 클론은 blue/white 선발에 의하여 동정되었다. 플라스미드 DNA의 분리를 위하여 positive(white) 클론이 선발되고 LB 액체 배지에서 배양되었다.E. coli DH 10B was used as a competent cell (Gibco-BRL) for transformation of the PCR product, and cloned using pGEM-T Easy Vector (Promega USA) as a vector. The connection between the purified DNA fragment and the vector was allowed to react overnight at 4 ° C., and the ratio of the vector and the insert was 1: 3. The gel mixture (100 mM glucose in 1% agarose gel) was desalted for 1 hour on ice, and 1 μl of the ligation and 20 μl of competent cells were mixed well before the Micropulser (Bio-Rad) was added. Electroporation was applied at 16 kV / cm. Transformed cells were transferred to 1 mL of SOC medium and incubated at 37 ° C. After 50 minutes the cells were spread over LB solid medium (ampicillin 50 mg / mL, X-Gal and IPTG) and incubated overnight at 37 ° C. Recombinant clones were identified by blue / white selection. Positive (white) clones were selected for isolation of plasmid DNA and cultured in LB liquid medium.
(b) AFLP 서열이 삽입된 클론의 선발(b) Selection of clones with inserted AFLP sequences
AFLP 표지를 SCAR 표지로 변환하는 과정에서, AFLP 표지의 서열을 가지는 정확한 클론을 선발하는 것은 중요하므로 다음과 같은 두 과정을 이용한다.In the process of converting the AFLP label to the SCAR label, it is important to select the exact clone having the sequence of the AFLP label, so the following two processes are used.
① PAGE gel에 전기영동에 의한 선발① Selection by electrophoresis on PAGE gel
플라스미드 DNA는 10개 이상의 콜로니로부터 분리되었다. 삽입체가 있는 지, 그리고 positive 클론에 같은 크기의 AFLP 표지가 있는 지를 확인하기 위하여 해당하는 선택적 프라이머 조합으로 PCR 반응을 수행하고 롱 랭거 겔 상에서 전기영동하였다. PCR 조건은 94 ℃에서 30 초간 , 56 ℃에서 60 초간, 72 ℃에서 60 초간, 30 cycle을 반복하였다. 또한 양친과 두 DNA 벌크의 선택적 PCR 산물도 대조군으로 로딩하였다. 그 결과, 해당하는 AFLP 표지와 동일한 크기를 가지는 콜로니를 선발하였다.Plasmid DNA was isolated from 10 or more colonies. PCR reactions were performed with the corresponding selective primer combinations and electrophoresed on long Langer gels to confirm the presence of inserts and AFLP labels of the same size in positive clones. PCR conditions were repeated for 30 seconds at 94 ℃, 60 seconds at 56 ℃, 60 seconds at 72 ℃, 30 cycles. In addition, the selective PCR products of the parent and two DNA bulks were also loaded as a control. As a result, colonies having the same size as the corresponding AFLP label were selected.
② 서든(Southern) 분석에 의한 선발② Selection by Southern Analysis
상기에 의하여 선발된 콜로니는 다음과 같은 ECL direct nucleic acid labeling and detection system(Amersham Pharmacia USA)으로 확인되었다. ⅰ) 서든 블랏: 양친과 두 DNA 벌크의 선택적 PCR 산물을 1.5 % 아가로스 겔 상에 전기영동하였다. 겔은 적당한 크기로 자르고 탈퓨린화 용액(0.25 M의 HCl), 변성 용액(1.5 M의 NaCl과 0.5M의 NaOH) 및 중화 용액(0.5M의 Tris HCl, 1.5 M의 NaCl pH7.5)으로 처리하였다. ⅱ) 혼성화(hybridization): 혼성화 버퍼에 블랏을 놓고 42 ℃에서 1-2 시간 동안 예비 혼성화시켰다. 예비 혼성화 후에 표지(labeled)된 탐침을 예비 혼성화 버퍼에 가하였다. 밤새 42 ℃에서 천천히 흔들면서 인큐베이션을 하였다. 탐침(probes)은 겔 추출 키트(Gel extraction Kit, Qiagen USA)를 이용하여 선발된 콜로니의 PCR 산물로부터 제조되었다. 끓는 물에서 변성된 탐침은 DNA 라벨링 시약과 키트에 의해 공급된 글루타알데히드 용액에 의해 라벨링되었다. ⅲ) 세척: 변경된 워싱 버퍼(6 M의 Urea, 0.4 % SDS 및 0.5×SSC)로 막(membrane)을 2회 세척하였다. ⅳ) 신호 검출: 검출 시약 1과 2를 동량으로 섞은 혼합물로 한 장의 Saran Wrap 위의 블랏을 덮었다. 두 장의 자기방사법 필름을 블랏 위에 올려놓고, 5 분간 노출시킨 후 필름을 제거하였다. 혼성화 신호만이 저항성 양친과 벌크 에서 탐지될 수 있었고, 해당하는 콜로니는 서열 분석을 위하여 선발되었다.Colonies selected by the above were confirmed by the following ECL direct nucleic acid labeling and detection system (Amersham Pharmacia USA). V) Southern blot: The selective PCR products of the parent and two DNA bulks were electrophoresed on a 1.5% agarose gel. The gel is cut to size and treated with depurinization solution (0.25 M HCl), denaturation solution (1.5 M NaCl and 0.5 M NaOH) and neutralization solution (0.5 M Tris HCl, 1.5 M NaCl pH7.5). It was. Ii) Hybridization: Blots were placed in hybridization buffer and prehybridized at 42 ° C. for 1-2 hours. After prehybridization, a labeled probe was added to the prehybridization buffer. Incubation was performed overnight at 42 ° C. with slow shaking. Probes were prepared from PCR products of selected colonies using a gel extraction kit (Qiagen USA). Probes denatured in boiling water were labeled with a DNA labeling reagent and a glutaaldehyde solution supplied by the kit. Iii) Washing: The membrane was washed twice with altered washing buffer (6 M Urea, 0.4% SDS and 0.5 × SSC). V) Signal detection: A blot on one Saran Wrap was covered with a mixture of
그 결과, P4, P7, P8 및 P9는 그 표지를 가지는 정확한 클론을 동정할 수 있었으나, P1, P2는 아가로스 겔의 낮은 분리로 인하여 두 DNA 벌크 사이의 차이점을 탐지할 수 없었다. 따라서 AFLP 표지와 같은 크기의 삽입체를 가지는 두 클론을 선발하고 양 말단의 서열을 분석하여, 그 서열이 같은 경우에 프라이머를 제작하였다. As a result, P4, P7, P8 and P9 were able to identify exact clones with the label, but P1 and P2 could not detect the difference between the two DNA bulks due to the low separation of the agarose gel. Therefore, two clones having an insert of the same size as the AFLP label were selected and sequenced at both ends were analyzed to prepare primers when the sequences were identical.
(d) AFLP 표지의 서열분석(d) Sequencing of AFLP Labels
플라스미드 DNA는 AFLP 마커를 함유하고 있을 것으로 예상되는 선발된 클론으로부터 Plasmid mini preparation Kit(Bioneer Co. Korea)를 이용하여 준비되었다. 플라스미드 삽입체의 DNA 분석은 ABI PRISMTM 377 오토 시퀀서(Perkin Elmer Applied Biosystem USA)를 이용하여 양 말단에서 수행되었다. 생거법(dideoxy method of Sanger et al., 1982)에 기초한 PCR 반응이 1.6 pM의 T7 또는 SP6, Big Dye Terminator(Perkin Elmer Applied Biosystem USA) 1 ㎕, 2.5×buffer 3 ㎕를 포함한 총부피 10 ㎕에서 수행되었다. PCR 반응조건으로 변성단계는 첫 번째 사이클에서 94 ℃, 그 후로 96 ℃에서 12 초간 25 cycles; 연결단계는 50 ℃에서 6 초간; 연장단계는 60 ℃에서 4 분간에서 수행되었다. PCR 산물은 에탄올법에 의하여 농축되었다. AFLP 표지의 서열은 NCBI(National Center for Biotechnology Information)의 BLAST 알고리즘을 이용하여 NT(nucleotide) 및 NR(non-redundant) 에 대하여 검색되었다. Plasmid DNA was prepared using a Plasmid mini preparation Kit (Bioneer Co. Korea) from selected clones that were expected to contain AFLP markers. DNA analysis of plasmid inserts was performed at both ends using an ABI PRISM ™ 377 auto sequencer (Perkin Elmer Applied Biosystem USA). PCR reactions based on the dideoxy method of Sanger et al., 1982 were performed at 10 μl of total volume including 1.6 μM of T7 or SP6, 1 μl of Big Dye Terminator (Perkin Elmer Applied Biosystem USA), 3 μl of 2.5 × buffer. Was performed. The denaturation step under PCR reaction conditions was 25 cycles for 12 seconds at 94 ° C. on the first cycle and then at 96 ° C .; The connecting step was carried out at 50 ° C. for 6 seconds; The extension step was carried out at 60 ° C. for 4 minutes. PCR products were concentrated by ethanol method. The sequence of the AFLP label was searched for nucleotide (NT) and non-redundant (NR) using the BLAST algorithm of the National Center for Biotechnology Information (NCBI).
(e) AFLP 표지를 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 변환(e) converting AFLP markers to SCAR markers or CAPS markers
SCAR 표지를 위한 프라이머 쌍은 (d)에서 분석한 각 AFLP 표지의 양 핵산서열 말단에 기초하고, PRIMER3 소프트웨어(K. Ellinger, Erlangen, Germany)를 이용하여 제작하였다.Primer pairs for SCAR labeling were based on both nucleic acid sequence ends of each AFLP label analyzed in (d) and were prepared using PRIMER3 software (K. Ellinger, Erlangen, Germany).
상기와 같이 제작된 프라이머 쌍을 무사마귀병 저항성 개체 선발에 사용할 수 있는 지를 검사하기 위해, 양친과 두 DNA 벌크의 예비적 증폭 산물, 및 두 벌크를 구성하는 개체들의 게놈 DNA를 주형 DNA로 이용하여 연쇄중합반응을 시켰다.In order to examine whether the primer pairs prepared as described above can be used for the selection of wart-resistant individuals, a sequence was obtained by using preparative amplification products of the parent and two DNA bulks, and genomic DNA of the individuals constituting the two bulks as template DNA. The polymerization reaction was carried out.
PCR 반응의 조건은 주형으로 사용되는 양친과 두 DNA 벌크의 예비적 증폭 산물에 대하여 최적화되었고, 이어서 두 DNA 벌크를 구성하는 16개 F2 개체의 게놈 DNA를 증폭하기 위하여 최적화되었다. P7, P8 및 P9의 우성 표지의 PCR 산물은 1.5 % 아가로스 겔 상에 분리되었고, P1의 PCR 산물은 제한효소(Hae Ⅲ, Hpa Ⅱ, Taq Ⅰ 및 Xho Ⅰ)로 절단하고 2 % 아가로스 겔 상에서 분리되었다. 또한 P2와 P4는 폴리아크릴아마이드 겔 상에서 분리되었다. PCR 산물에 대하여 AFLP 분석한 결과 저항성 개체와 이병성 개체 사이에서 다형성을 나타낸다면, 그것은 SCAR 표지로의 변환을 가리키는 것이다. 표 9에 AFLP 표지에 기초한 프라이머 서열과 PCR 반응 조건에 대하여 나타내었다. The conditions of the PCR reaction were optimized for the preliminary amplification products of the parent and the two DNA bulks used as templates, followed by amplification of the genomic DNA of the 16 F 2 individuals that make up the two DNA bulks. PCR products of dominant labels of P7, P8 and P9 were isolated on 1.5% agarose gel, PCR products of P1 were cleaved with restriction enzymes ( Hae III, Hpa II, Taq I and Xho I) and 2% agarose gel Phases were separated. P2 and P4 were also separated on polyacrylamide gels. If AFLP analysis of the PCR product shows polymorphism between resistant and pathogenic individuals, it indicates conversion to SCAR markers. Table 9 shows primer sequences and PCR reaction conditions based on AFLP labeling.
상기와 같이 실시한 결과, P1, P4, P7, P8 및 P9의 AFLP 표지가 SCAR 표지와 CAPS 표지로 변형되었으나, P2의 AFLP 표지는 변형되지 않았다. 도 2a, 도 2b 및 도 5에서 볼 수 있듯이, 우성 AFLP 표지 P7, P8 및 P9를 변형시킨 SCAR 표지는 저항성 개체에 존재하였으나 이병성 개체에서는 관찰되지 않았으며, 이들 표지를 각각 TCR07, TCR08 및 TCR09로 명명하였다. 공우성 표지 P4는 공우성 SCAR 표지인 TCR04로 변형되었으며, 도 4는 TCR04에 의해 보여지는 F2 개체의 패턴으로서 위쪽 화살표로 표시된 279bp 단편은 저항성 개체에는 있지만 이병성 개체에는 없는 것을 알 수 있었다. As a result, the AFLP labeling of P1, P4, P7, P8 and P9 was modified to the SCAR label and the CAPS label, but the AFLP label of P2 was not modified. As can be seen in Figures 2a, 2b and 5, the SCAR markers modified with the dominant AFLP markers P7, P8 and P9 were present in resistant individuals but not observed in pathological individuals, and these labels were identified as TCR07, TCR08 and TCR09, respectively. Named it. The co-dominant marker P4 was modified with TCR04, a co-dominant SCAR marker, and FIG. 4 is a pattern of the F 2 entity shown by TCR04. The 279 bp fragment indicated by the up arrow was found in the resistant but not the pathogenic.
P1의 경우에는 저항성 개체와 이병성 개체간에 다형성을 나타나지 않아 여러 가지 제한효소로 절단한 결과, 도 3에 나타난 것과 같이 제한효소 HpaⅡ에 의하여 저항성 개체는 절단되나(아래쪽 화살표가 가리킴) 이병성 개체는 절단되지 않으므로(위쪽 화살표가 가리킴), 저항성과 이병성 개체간에 다형성을 나타내었다. 따라서 P1을 CAPS 표지로 변형하고, 이를 TCR02로 명명하였다. In the case of P1, no polymorphism was found between the resistant and pathogenic individuals. As a result, the resistant individuals were cleaved by the restriction enzyme Hpa Ⅱ as shown in FIG. (Top arrow points), polymorphism between resistance and pathogenic individuals. Thus P1 was modified with a CAPS label and named TCR02.
(TCR02의 PCR 산물은 HpaⅡ 제한효소로 절단됨; F는 전위 프라이머, R은 역위 프라이머; 상기 모든 프라이머에 대한 공통적 조건으로, 변성단계에서 첫 번째 사이클은 94 ℃에서 5 분간, 그 이후의 사이클은 94 ℃에서 30 초간 실시하며, 35 사이클 반복함)(The PCR product of TCR02 was cleaved with Hpa II restriction enzyme; F is translocation primer, R is inversion primer; common conditions for all of the above primers, the first cycle in denaturation step at 94 ° C. for 5 minutes and subsequent cycles. Is carried out for 30 seconds at 94 ℃ and repeated 35 cycles)
(f) SCAR 표지와 CAPS 표지의 연관분석(f) Association of SCAR and CAPS Labels
상기와 같이 획득된 SCAR 표지와 CAPS 표지를 이용하여 F2 개체를 검사하였다. 분리를 보여주는 SCAR 표지는 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 나타내었고, 이러한 표지들은 표 10에서와 같이 맵핑 집단에서 보통의 분리를 보여주었다. 도 3에서 볼 수 있듯이, TCR02을 사용하여 동형접합체에서 3개의 재조합, 이형접합체에서 8개의 재조합, 열성 동형접합체에서 5개의 재조합을 포함한 16개의 재조합이 탐지되었다. 도 5 및 도 6에서 볼 수 있듯이(도 4 내지 6에서 별표는 재조합을 표시한 것), TCR08과 TCR09 사이에서 5개의 재조합이 탐지되었고, TCR08과 CRb사이에 1개의 저항성 및 2개의 이병성 재조합이 탐지되었으며, TCR09와 CRb사이에 2개의 이병성 재조합이 탐지되었다. 또한, 도 4에서 볼 수 있듯이, TCR07은 3개의 이병성 라인에서 CRb와의 재조합이 탐지되었다. TCR04는 CRb와 7개의 저항성 재조합을 나타내고, TCR01과 1개의 재조합을 나타내었다.F 2 individuals were examined using the SCAR label and CAPS label obtained as described above. SCAR markers showing separation are shown in FIGS. 3, 4, 5 and 6, and these labels showed normal separation in the mapping population as in Table 10. As can be seen in Figure 3, 16 recombinations were detected using TCR02, including three recombinations in homozygotes, eight in heterozygotes, and five in recessive homozygotes. As can be seen in FIGS. 5 and 6 (stars in FIGS. 4-6 indicate recombination), five recombinations were detected between TCR08 and TCR09, and one resistant and two pathogenic recombination between TCR08 and CRb was detected. Two pathogenic recombinations were detected between TCR09 and CRb. In addition, as shown in FIG. 4, TCR07 detected recombination with CRb in three pathogenic lines. TCR04 showed 7 resistant recombinations with CRb and 1 recombination with TCR01.
(χ2= (HP-EHP)2/EHP+(IP-EIP)2/EIP; HP: 저항성 개체수에 대한 관찰값; IP: 이병성 개체수에 대한 관찰값; EHP: 저항성 개체수에 대한 기대값; EIP: 이병성 개체수에 대한 기대값; P값이 유의수준 0.05보다 크면 예상 비율로 인정함)(χ 2 = (HP-EHP) 2 / EHP + (IP-EIP) 2 / EIP; HP: Observation for resistant populations; IP: Observation for pathogenic populations; EHP: Expectation for resistant populations; EIP: Expected value for the pathogenic population; if the P value is greater than the significance level of 0.05, it is considered an expected rate
상기 분리 데이터는 최소 LOD score 3에 기초한 JoinMap3(van Ooijen and Voorrips 2001)을 이용하여 도 7의 연관 지도를 작성하는데 사용되었다. 연관 지도 를 살펴보면, CRb는 약 2.7 cM의 간격 내에서 양쪽으로 가장 가까운 TCR08(CRb와 유전거리 0.78 cM)과 TCR04(CRb와 유전거리 1.92 cM)이 위치하고 있다. 나머지 표지들은 TCR04의 측면에 0.39 cM 내지 4.05 cM의 거리로 위치하고 있다. The separated data was used to create the association map of FIG. 7 using JoinMap3 (van Ooijen and Voorrips 2001) based on
실시예 3 : SCAR 표지 또는 CAPS 표지의 표지 활용 선발에 대한 유용성 검정Example 3 Usefulness Assay for Label Utilization Selection of SCAR Label or CAPS Label
상기 실시예 2에서 획득된 SCAR 표지 또는 CAPS 표지의 표지 활용 선발에 대한 유용성 평가를 위하여, 27종의 F1 배추품종과 European Clubroot Differential(ECD) set 01-05(Buczacki, I.R. et al. 1975)에 대하여 PC98-2 로 접종한 후, 실시예 2에서 획득된 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 검정하였다. 일부 저항성 품종은 한국과 일본의 종자회사에서 판매되는 것을 사용하였고, 27종의 배추품종으로는 CR Shinki DH 계통과 4종의 근친교배 계통(inbred line) 간의 교배에서 유래된 F1 잡종, 무사마귀병에 이병성인 잡종 10종, 무사마귀병에 저항성인 잡종 13종을 이용하였다. 상기 27종의 배추품종과 ECD 01-05는 표 11에 나타내었다.In order to evaluate the usefulness of the selection of the SCAR label or CAPS label obtained in Example 2, 27 F 1 cabbage varieties and European Clubroot Differential (ECD) set 01-05 (Buczacki, IR et al. 1975) After inoculation with PC98-2, the assay was performed with the SCAR label or CAPS label obtained in Example 2. Some resistant varieties used were sold by seed companies in Korea and Japan, and 27 Chinese cabbage varieties were F 1 hybrid and wart disease, derived from the cross between the CR Shinki DH strain and four inbred lines. Ten hybrids resistant to disease and 13 hybrids resistant to wart disease were used. The 27 Chinese cabbage varieties and ECD 01-05 are shown in Table 11.
상기 27종의 배추품종과 ECD 01-05에 레이스 4로 확인된 PC 98-2를 접종하여 발병여부를 확인하였고, 균주의 접종은 상기 실시예 1에 기술된 것과 같이 하우스 내에서 실시하였다. 그 결과, 27종의 F1 배추품종의 모든 이병성 품종은 이병성을 보였으나, CR Saerona, Mas 및 Hwang Gokoro를 포함한 저항성 품종의 일부도 이병성을 나타내었다. 이것은 저항성의 다른 원인이 있음을 나타낸다.The 27 species of Chinese cabbage varieties and ECD 01-05 were inoculated with PC 98-2 identified as
상기 32종의 식물체 게놈 DNA는 DNeasy Plant Mini preparation Kit(Qiagen USA)를 이용하여 추출하였다. CR Shinki DH 계통은 정 대조군(positive control)으로, 94 SK는 부 대조군(negative control)으로 사용하고, 표 11의 각 식물체의 게놈 DNA를 주형 DNA로 사용하여, 표 9에 나타낸 SCAR 표지 또는 CAPS 표지 TCR01, TCR02, TCR04, TCR07, TCR08 및 TCR09에 대한 프라이머와 각 프라이머의 조건으로 PCR 반응을 시켰다.The 32 plant genomic DNAs were extracted using DNeasy Plant Mini preparation Kit (Qiagen USA). The CR Shinki DH strain was used as positive control, 94 SK as negative control, and genomic DNA of each plant in Table 11 was used as template DNA, and the SCAR or CAPS label shown in Table 9 was used. PCR reactions were performed under the conditions of the primers for TCR01, TCR02, TCR04, TCR07, TCR08, and TCR09.
(R : 저항성, S : 이병성, + : CR Shinki DH 계통 특이적 밴드 존재, - : CR Shinki DH계 특이적 밴드 비존재)(R: resistant, S: pathogenic, +: CR Shinki DH line specific band present,-: CR Shinki DH line specific band not present)
TCR01의 검정 결과, 도 8에서 볼 수 있듯이 이병성 품종(lane 12-21)과 부분 저항성 품종(lane 3-11, 27, 29)은 이병성 계통인 94 SK(lane 2)와 동일한 양상을 보였다. CR Shinki DH계에서 유래된 4개의 잡종 1대(lanes 22-25), CR Green(lane 26) 및 Anshin(lane 28)은 CR Shinki와 같은 양상을 보였다. TCR04는 도 9b에서 볼 수 있듯이 TCR01과 동일한 결과를 나타내었다. 그러나 TCR02는 도 9a에서 볼 수 있듯이 Kaenari(lane 20), Sanchon(lane 24), Kumchon(lane 25), ECD03(lane 32), ECD05(lane 34)를 제외한 모든 저항성 및 이병성 품종에서 CR Shinki DH 계통과 같은 양상을 나타내므로 MAS에 이용하기 어렵다고 평가되었다.As a result of the TCR01 assay, as shown in FIG. 8, the pathogenic varieties (lane 12-21) and the partially resistant varieties (lane 3-11, 27, 29) showed the same pattern as the 94 pathogenic 94 SK (lane 2). Four hybrids (lanes 22-25), CR Green (lane 26) and Anshin (lane 28) derived from CR Shinki DH showed the same pattern as CR Shinki. TCR04 showed the same results as TCR01 as shown in FIG. 9B. However, TCR02 is the CR Shinki DH strain in all resistant and pathogenic strains except Kaenari (lane 20), Sanchon (lane 24), Kumchon (lane 25), ECD03 (lane 32), and ECD05 (lane 34), as shown in Figure 9a. It is evaluated that it is difficult to use for MAS because it shows the same aspect as
TCR08은 도 9c에서 볼 수 있듯이 17개의 저항성 품종 중 Hwangruck 65, CR Sanchon, Hwang Gokoro 85, CR Green, Anshim, AB11, CB6, CB13 및 RB19는 CR Shinki DH 계통과 같은 양상을 보였고, 또한 이병성 품종 중 H. Kumkarack, Kaenari, Black Pearl, Sanchon 및 Kumchon도 CR Shinki DH 계통과 같은 양상을 나타내었다. TCR09는 도 9d에서 볼 수 있듯이 저항성 품종 중 Saerona(lane 7)과 Mas(lane 9)에서는 CR Shinki DH 계통의 표지를 나타내지 않았으나 다른 저항성 품종에서 CR Shinki DH 계통과 같은 양상을 보였고, 이병성 품종 중 4개 품종(Kumkarack, Kaenari, Sanchon 및 Kumchon)에서는 CR Shinki DH계의 표지가 나타났다. TCR07는 도 9e에서 볼 수 있듯이 저항성 품종 중 Saerona(lane 7)과 Mas(lane 9)에서는 CR Shinki DH 계통의 표지를 나타내지 않았으나 다른 저항성 품 종에서 CR Shinki DH 계통과 같은 양상을 보였고, 모든 이병성 품종에서는 CR Shinki DH계의 표지가 나타내지 않았다. As shown in FIG. 9C, TCR08 showed the same pattern as the CR Shinki DH strain among Hwangruck 65, CR Sanchon, Hwang Gokoro 85, CR Green, Anshim, AB11, CB6, CB13 and RB19 among 17 resistant varieties. H. Kumkarack, Kaenari, Black Pearl, Sanchon and Kumchon also showed the same pattern as the CR Shinki DH strain. As shown in FIG. 9D, TCR09 did not show the CR Shinki DH strain in Saerona (lane 7) and Mas (lane 9) among the resistant varieties, but showed the same pattern as the CR Shinki DH strain in other resistant varieties. Dog breeds (Kumkarack, Kaenari, Sanchon and Kumchon) showed signs of CR Shinki DH. As shown in FIG. 9E, TCR07 did not show the CR Shinki DH strain in Saerona (lane 7) and Mas (lane 9) among the resistant varieties, but showed the same pattern as the CR Shinki DH strain in other resistant varieties. The label of CR Shinki DH was not shown in.
상기의 결과를 종합하면 TCR01, TCR04, TCR07, TCR08 및 TCR09는 무사마귀병 저항성 개체의 선발을 위한 PCR 프라이머로 사용할 수 있고, 특히 TCR01 및 TCR04는 무사마귀병 저항성 개체의 선발을 위한 PCR 프라이머로 사용하기에 매우 적합하다는 것을 알 수 있다.Taken together, TCR01, TCR04, TCR07, TCR08 and TCR09 can be used as PCR primers for the selection of wart-resistant individuals, and in particular, TCR01 and TCR04 can be used as PCR primers for the selection of wart-resistant individuals. It can be seen that it is very suitable.
본 발명은 무사마귀병 저항성 유전자에 연관된 AFLP 표지를 SCAR 표지 또는 CAPS 표지로 용이하게 변환하고, 이를 폴리머라제 연쇄 반응법에 이용함으로써 간단하고 신속하게 무사마귀병 저항성 개체를 선발하며, 저항성 품종의 육종 시 저항성 유전자의 도입여부를 확인할 수 있는 효과가 있다.
The present invention easily and quickly selects warty-resistant individuals by converting an AFLP label associated with a wart-resistant gene into a SCAR label or a CAPS label and using it in a polymerase chain reaction method, and resists breeding of resistant varieties. There is an effect that can confirm whether the introduction of the gene.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다. Simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be seen to be included in the scope of the present invention.
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