KR100713669B1 - The SNP marker for discrimination of Korean and foreign rice cultivar - Google Patents

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Abstract

본 발명은 국내외산 벼의 품종별 구분이 가능한 품종 식별 마커와 이를 이용한 품종 식별 분석 방법에 관한 것으로, 품종 식별 마커를 이용하여 정부품종제한 수매품종인 국내산 주요 재배 품종 25개 품종을 포함한 국내산 112개 품종과 외국산 34개 품종을 식별할 수 있다. The present invention relates to a varieties identification marker that can be distinguished by the varieties of domestic and foreign rice and varieties identification analysis method using the same, 112 domestic products including 25 varieties of domestic cultivated varieties of limited domestic varieties using the varieties identification marker Can identify varieties and 34 varieties from foreign countries.

대립유전자 특이적 중합효소 연쇄반응, 프라이머, 벼 품종, SNP, 삽입과 결실, 염기서열 Allele-specific polymerase chain reaction, primer, rice cultivar, SNP, insertion and deletion, sequencing

Description

국내외산 벼 품종 식별을 위한 SNP 마커 {The SNP marker for discrimination of Korean and foreign rice cultivar}The SNP marker for discriminating domestic and foreign rice varieties {The SNP marker for discrimination of Korean and foreign rice cultivar}

도 1a는 대립유전자 특이적 PCR을 위한 프라이머 합성 모식도를 나타내는 그림이다.1A is a diagram showing a primer synthesis schematic for allele specific PCR.

도 1b는 대립유전자-특이적 PCR의 효율성 증대를 위하여 3'말단의 미스매치(mismatch)와 함께 염기서열 내부의 인위적인 돌연변이를 유발하는 프라이머 작성의 예시를 나타내는 그림이다.FIG. 1B is a diagram showing an example of primer preparation that causes an artificial mutation in the nucleotide sequence with a mismatch at the 3 'end in order to increase the efficiency of allele-specific PCR.

도 2는 국내산 및 외국산 벼 품종 식별을 위한 품종 식별 마커를 나타내는 그림이다.2 is a diagram illustrating a variety identification marker for identifying domestic and foreign rice varieties.

도 3은 벼 품종 식별 마커 20개를 이용한 국내 수매 제한 벼 품종(28개)에 대한 식별표를 나타내는 그림이다.Figure 3 is a diagram showing the identification table for domestically restricted rice varieties (28 pieces) using 20 rice varieties identification markers.

본 발명은 벼 염기 서열내의 품종별 단일염기 차이를 식별할 수 있는 품종 식별 마커에 관한 것으로, 국내외산 벼의 품종별 구분이 가능한 품종 식별 마커와 이를 이용한 벼 품종 식별방법에 관한 것이다.The present invention relates to a varietal identification marker that can identify a single base difference of each type of varieties in the rice nucleotide sequence, and to a varietal identification marker that can be distinguished by the varieties of domestic and foreign rice varieties, and to a rice variety identification method using the same.

벼는 화본(Gramineae)과 벼속(genus Oryza) 식물로서, 벼의 염색체는 n=12, 2n=24, 그리고 AA 게놈에 속한다. 게놈 크기는 430Mbp 이고, 국제 미작연구소(IRRI, Int'l Rice Research Institute)에 의하면 60,000여종이 있다고 알려져 있다. 2004년 농림부의 보고에 의하면, 국내에는 정부에서 공급한 113개 품종과 195개 육종 품종이 있다. 재배벼에는 아시아벼(O. sativa)와 아프리카벼(O. glaberrima)의 두 종이 있다. 이중에 아시아벼(O. sativa)가 세계적으로 더 널리 경작되고 있다.Rice is a plant (Gramineae) and genus Oryza, whose chromosomes belong to the n = 12, 2n = 24, and AA genomes. The genome has a size of 430 Mbp, and there are about 60,000 species according to the Int'l Rice Research Institute (IRRI). According to the 2004 Ministry of Agriculture, there are 113 varieties and 195 breeding varieties supplied by the government. There are two species of cultivated rice: Asian rice (O. sativa) and African rice (O. glaberrima). Among them, Asian rice (O. sativa) is more widely cultivated worldwide.

쌀은 많은 사회에서 음식 수단과 경제뿐만 아니라 문화와도 친숙하게 관련되어 있다. 30억 인구가 문화와 전통, 잠재성을 공유하고 있다(www.fao.org). 2003년도 세계의 쌀 생산은 약 380억 3천만 톤이다. 50개국 이상이 해마다 10만 톤 이상을 생산하여 세계 총생산량에 기여한다. 아시아의 농민들은 총 생산량의 91%를 생산하고, 중국과 인도, 이 두 나라가 총 수확량의 55%를 생산한다. 세계의 쌀 생산량 중 5%(2003년도 23,044 톤) 이상이 국제적으로 거래가 된다. 쌀의 주된 수출국은 태국, 미국, 베트남, 파키스탄, 인도이다(www.krei.re.kr, www.riceweb.org). 우리나라의 쌀 생산량은 2002년도 30억 4천4백만 톤으로, 최소 수입 물량(MMA)이 1995년 이래로 154톤까지 증가하였지만, 조금씩 감소를 보이고 있다(www.krei.re.kr).In many societies, rice is closely related to culture as well as to food and economics. Three billion people share culture, tradition and potential (www.fao.org). In 2003, world rice production was about 38 billion tons. More than 50 countries produce more than 100,000 tonnes per year, contributing to the world's total output. Asian farmers produce 91% of the total production, with China and India producing 55% of the total. More than 5% of the world's rice production (23,044 tons in 2003) is traded internationally. The main exporters of rice are Thailand, the United States, Vietnam, Pakistan and India (www.krei.re.kr, www.riceweb.org). Korea's rice production amounted to 3,444 million tons in 2002, and the minimum import volume (MMA) has increased up to 154 tons since 1995, but is gradually decreasing (www.krei.re.kr).

우리나라는 고품질 쌀 생산을 장려하기 위하여 정부 품종제한 수매제를 운영하고 있다.In order to encourage the production of high-quality rice, our country operates a government limited purchase system.

우리나라는 쌀시장 개방에 대한 '도하 개발 아젠다'에 앞서, 고품질의 쌀 생산을 장려하기 위하여 2004년도부터 정부가 정부 품종제한 수매제를 시행하여, 지역별 3개의 품종을 선정하여 28개 품종에 대한 수매를 실시하였다.Prior to the Doha Development Agenda for opening up the rice market, the Korean government has implemented a government-limited purchasing system in 2004 to encourage the production of high-quality rice, and selected three varieties by region to purchase 28 varieties. Was carried out.

농림부(MAF)와 농촌진흥청(RDA)에 의하면 동진1벼(Dongjin1byeo), 추청벼(Chuchungbyeo), 주남벼(Junambyeo), 그리고 일미벼(Ilmibyeo)보다 남평벼(Nampyungbyeo)가 대부분의 지역에서 재배되었다고 보고되었다.According to the Ministry of Agriculture and Forestry (RDA), Nampyungbyeo was grown in most areas than Dongjin1byeo, Chuchungbyeo, Junmbyeo, and Ilmibyeo.

또한, 벼의 품종에 대한 정보를 포장지에 표시 하도록 하는 포장양곡 표시제를 2004년도 1월부터 실시하였으며, 브랜드쌀 평가제의 실시를 통하여 농림부는 쌀의 고품질화와 유통질서 확립을 추진하였다.(Announcement of MAF: Law of rice management Subsection 1 of Article 20). In addition, the package grain labeling system, which displays information on rice varieties on packaging, was implemented in January 2004. The Ministry of Agriculture and Forestry promoted the establishment of high quality rice and distribution order through the implementation of the brand rice evaluation system. (Announcement of MAF : Law of rice management Subsection 1 of Article 20).

이러한 제도는 쌀의 품질에 대한 알권리 충족을 위한 것이며, 생산과 소비, 투명한 유통과정의 확립을 목적으로 하고 있다.This system aims to satisfy the right to know the quality of rice and aims to establish the production, consumption and transparent distribution process.

따라서, 벼의 품종을 식별하는 것이 중요한 사안이 되어 왔다. 벼에 대한 연구는, 최근 10여개국이 참여하는 국제 벼 게놈 염기해석 프로젝트(IRGSP: International Rice Genome Sequencing Project)를 통하여 니폰바레(Nipponbare)품 종에 대한 게놈의 염기서열 분석이 이루어졌다.(Japan, America, China, France, India, Taiwan, Korea, Brazil, Thailand and England). 2002년도 기준으로 니폰바레 게놈의 약 4억여 개의 염기서열 중 92%의 염기서열이 밝혀졌고, 8%는 아직 밝혀지지 않았다.Therefore, identifying rice varieties has been an important issue. Research on rice has recently been carried out by genome sequencing of Nipponbare varieties through the International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP), which includes 10 countries. , America, China, France, India, Taiwan, Korea, Brazil, Thailand and England). As of 2002, 92% of the approximately 400 million sequences of the Nippon Barre genome have been identified, and 8% have not yet been identified.

최근에 여러 가지 DNA 마커를 이용하여 벼 품종을 식별하기 위한 많은 연구가 진행되었다. 지금까지, RAPD(random amplified polymorphic DNA), AFLP(amplified fragment length polymorphism)와 마이크로세틀라이트(microsatellite) 방법이 품종을 식별하는데 사용되어 왔다. 예를 들어, Wang 등은RFLP(restricted fragment length polymorphism) 마커를 이용하여 품종을 식별하였고(Wang, Z.Y., Tanksley, S.D. 1989 L. Genome. 32, 1113-1118), Ryu는 단백질 모세관 전기영동 방법을 이용하여 품종을 식별하였다(Ryu, D.J. 1998 J. food science and nutrition. 3, 43-347). 또한, 6개의 마이크로세틀라이트 마커를 사용하여 유전자 지도에서 위치를 확인하는 방법으로 자포니카 벼 51개 품종을 식별하였다(Ji, H.S. et al., 1998 Korean J. Breed. 30, 350-360). RAPD, 마이크로세틀라이트, STS(sequence tagged site), 그리고 PCR (polymerase chain reaction) 방법으로 국내산 40개 품종을 식별하고, 각 방법의 장단점을 비교하여 보고된 바가 있다(Jeong O.Y. et al., Korean 1998 J. Breed. 30, 136-137). RAPD와 마이크로세틀라이트를 이용하여 31개 벼 품종의 식별을 보여주었고(Kwon, S.J. et al., 1999 Korean J Crop Science 44, 112-116), 화상분석기술을 이용한 벼 품종의 식별 방법을 보고하였다(Kwon, S.J. et al., 1998 Korean J Crop Science 43, 33-34). 그러 나 이러한 식별 방법과 이미지 기술은 특이적 단일 밴드를 형성할 수 없으므로 혼합된 품종들로부터 각각의 품종을 식별하기가 어렵고, 분석 결과를 논의하기가 어렵다.Recently, many studies have been conducted to identify rice varieties using various DNA markers. To date, random amplified polymorphic DNA (RAPD), amplified fragment length polymorphism (AFLP) and microsatellite methods have been used to identify varieties. For example, Wang et al. Identified varieties using restricted fragment length polymorphism (RFLP) markers (Wang, ZY, Tanksley, SD 1989 L. Genome. 32, 1113-1118), and Ryu used protein capillary electrophoresis. Varieties were identified (Ryu, DJ 1998 J. food science and nutrition. 3, 43-347). In addition, 51 varieties of Japonica rice were identified by using six microsatellite markers to confirm their location on the genetic map (Ji, H.S. et al., 1998 Korean J. Breed. 30, 350-360). 40 domestic varieties were identified by RAPD, microsatellite, sequence tagged site (STS), and polymerase chain reaction (PCR) methods, and the advantages and disadvantages of each method were reported (Jeong OY et al., Korean 1998 J Breed. 30, 136-137). We identified 31 rice varieties using RAPD and microsatellite (Kwon, SJ et al., 1999 Korean J Crop Science 44, 112-116), and reported methods for identifying rice varieties using image analysis technology ( Kwon, SJ et al., 1998 Korean J Crop Science 43, 33-34). However, these identification methods and imaging techniques cannot form specific single bands, making it difficult to identify individual varieties from mixed varieties and to discuss the results of the analysis.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 국내외산 벼 상호간에 품종별 구분이 가능한 품종 식별용 마커와 이를 이용한 벼 품종 식별방법을 제공함에 있다.The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a marker for identifying varieties that can be distinguished by varieties between domestic and foreign rice from each other and a rice variety identification method using the same.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 재배 벼의 품종을 식별할 수 있는 서열번호 1∼40로 표시되는 품종 식별용 마커에서 선택되는 적어도 어느 하나의 염기서열, 상기 염기서열이 3' 말단으로부터 2∼4번째 위치의 염기 중 어느 하나가 변이된 변형서열에서 적어도 하나이상 선택되는 벼 품종 식별을 위한 마커를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is at least one nucleotide sequence selected from the marker for identifying the cultivars represented by SEQ ID NOS: 1 to 40, which can identify the cultivated rice variety, the base sequence from the 3 'end Provided is a marker for identifying a rice variety in which at least one of the bases in positions 2-4 is selected from the modified sequences.

또한, 본 발명은 서열번호 1∼40로 표시되는 품종 식별을 위한 마커에서 상기 염기서열이 3' 말단으로부터, 3번째 염기가 변이된 벼 품종 식별을 위한 마커를 제공한다.The present invention also provides a marker for identifying a rice variety in which the base is mutated from the 3 'end of the base in the marker for identifying the variety represented by SEQ ID NOS: 1-40.

또한, 본 발명은 상기의 염기서열에서 3' 말단으로부터 2∼4번째 위치의 염기 중 어느 하나가 A,T,G,C 중 어느 하나로 변이된 변형서열로 이루어지는 벼 품종 식별을 위한 마커를 제공한다.In addition, the present invention provides a marker for identifying a rice variety consisting of a modified sequence in which any one of the bases 2 to 4 position from the 3 'end in the base sequence is mutated to any one of A, T, G, C. .

또한, 본 발명은 벼의 게놈 DNA(genomic DNA)를 분리하는 단계; 게놈 DNA를 주형으로 하여 서열번호 1∼40로 표시되는 품종 식별을 위한 마커에서 선택되는 적어도 어느 하나의 염기서열, 상기 염기서열이 3' 말단으로부터 2∼4번째 위치의 염기 중 어느 하나가 변이된 변형서열에서 선택되는 적어도 하나 이상의 벼 품종 식별용 마커를 이용하여 품종별 특이 부위를 각각 증폭하는 단계; 및 상기 각 증폭된 품종별 특이 유전자를 전기영동으로 확인한 후, 조합된 밴드들의 분석을 통하여 각각의 품종을 식별하는 단계를 포함하는 벼 품종 식별방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of separating the genomic DNA (genomic DNA) of rice; At least one nucleotide sequence selected from the marker for identification of the cultivars represented by SEQ ID NOs: 1 to 40, wherein the nucleotide sequence is mutated from bases 2 to 4 from the 3 'end Amplifying each specific region for each variety using at least one rice variety identification marker selected from the modified sequences; And after confirming the specific gene for each amplified variety by electrophoresis, and provides a rice variety identification method comprising the step of identifying each variety through the analysis of the combined bands.

이하, 본 발명의 내용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the content of the present invention in more detail as follows.

본 발명에 따른 마커 개발을 위하여 수매 대상 품종인 국내산 원원종 28개 품종에 대하여 80개의 CAPS 위의 염기 서열 분석을 통한 SNP 위치를 탐색하고 이를 이용하여 변형된 대립유전자-특이 PCR 프라이머를 제작하여 20개의 SNP 마커를 개발하였다. 분석에 의하면, 15개는 SNP 마커이고, 나머지 5개는 InDel 마커이다. 여기에서 SNP 마커는 어느 하나의 대립형질에 3'말단 염기부가 정확하게 매치되어지지만, 이와는 다른 특정 대립형질에는 미스매치되어지는 염기로 치환되어져 있는 마커를 말하며, InDel 마커는 3'말단부가 어느 하나의 대립형질에는 정확하게 매치되는 염기를 가지지만, 이와는 다른 특정 대립형질에는 3'말단의 염기가 삽입(insertion) 또는 삭제(deletion)되어 미스매치되어지는 마커를 말한다.In order to develop the marker according to the present invention, SNP positions were searched through sequencing of 80 CAPS for 28 domestic proto-origin varieties, which were purchased as targets, and a modified allele-specific PCR primer was prepared by using the same. SNP markers were developed. According to the analysis, 15 are SNP markers and 5 are InDel markers. Herein, the SNP marker refers to a marker in which a 3'-terminal base is exactly matched to one allele, but is substituted with a base that is mismatched to a specific allele, and an InDel marker is a 3'-terminal. It refers to markers that have bases that match exactly to the allele, but that the 3'-terminal base is inserted or deleted to mismatch the specific allele.

상기 본 발명에 따른 대립유전자 특이 프라이머(또는 마커)는 하나의 대립유전자(the specific allele)와 완전하게 일치하고, 비 특이 대립유전자와는 3' 말단 염기가 일치하지 않는다. 일치하지 않는 3' 말단이 완전하게 일치하는 말단보다 매우 낮은 효율로 Tag 중합효소에 의해 신장되기 때문에 대립유전자 특이 프라이머는 특이 대립유전자를 선택적으로 증폭한다. 이러한 벼 품종 식별용 마커를 이용하여 PCR로 증폭된 산물의 유무는 일반 아가로즈 젤에서 쉽게 분석될 수 있다. The allele specific primer (or marker) according to the present invention is completely identical to one specific allele, and does not match the 3 'terminal base with the non specific allele. Allele specific primers selectively amplify specific alleles because the 3 'ends that are not matched are stretched by the Tag polymerase at a much lower efficiency than the perfectly matched ends. The presence or absence of the product amplified by PCR using such a rice variety identification marker can be easily analyzed in the general agarose gel.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 품종 식별용 마커는 원래 대립 유전자와의 PCR 증폭에 영향을 주지 않는 한, 적어도 하나 이상의 염기에 돌연변이를 부여하여도 좋다. 바람직하게는 3'말단으로부터 2∼4번째 염기에서 선택된 적어도 하나 이상을 미스매치하도록 하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 3'말단으로부터 3번째 염기를 변이시키는 것이다.In addition, the marker for identifying a variety according to the present invention may impart a mutation to at least one or more bases so long as it does not affect PCR amplification with the original allele. Preferably, at least one or more selected from the 2-4th base from the 3 'end is mismatched, and more preferably, the third base is mutated from the 3' end.

서열번호 1 내지 40로 나타낸 염기서열은 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 벼 품종 식별용 마커의 염기서열을 나타낸다. 홀수 서열은 모두 전방위 프라이머를 나타내며, 짝수서열은 후방위 프라이머를 나타낸다. 이들은 모두 3'말단염기가 대립형질의 SNP 또는 InDel 부위에 위치하며, 3'말단으로부터 3번째 위치하는 염기가 특정 대립형질들에서는 미스매치되도록 치환되어져 있다. 이들 서열은 하나의 대립유전자에는 PCR 과정을 통해 선택적으로 증폭이 가능하지만, 이와는 다른 어떠한 대립유전자에 대하여는 증폭을 하지 못하는 경우가 존재한다. 이러한 특성을 이용하면, 본 발명에 따른 벼 품종 식별용 마커의 다양한 조합을 이용하여 벼 품종을 정확하게 식별하는 것이 가능해진다.The nucleotide sequence shown in SEQ ID NOs: 1 to 40 represents the nucleotide sequence of the marker for identifying the rice variety presented as a preferred embodiment of the present invention. Odd sequences all represent anterior primers, even sequences represent posterior primers. These are all 3 'terminal bases are located at the SNP or InDel site of the allele, and the base located 3rd from the 3' end is substituted so as to mismatch in certain alleles. These sequences can be selectively amplified by a PCR process in one allele, but may not be amplified for any other allele. By using these characteristics, it is possible to accurately identify rice varieties using various combinations of the rice variety identification markers according to the present invention.

서열번호 1 내지 40로 나타낸 본 발명에 따른 벼 품종 식별용 마커는 자포니카 재배 벼(쌀)에 대한 품종 식별을 위해 고안되었다. 자포니카 벼 품종은 Oryza sativa L.의 학명을 가진 아종의 국내산 및 외국산 품종이다. 상기 본 발명에 따른 벼 품종 식별용 마커는 벼 게놈상의 DNA의 단일 염기차이를 이용한 것으로 벼의 12개 염색체내에 산재하여 존재한다. 본 발명에 따른 상기 각각의 마커는 벼의 12개 염색체중 일본 니폰바레 품종에 대한 CAPS 사이트를 참고하여 일정 부위를 PCR을 이용하여 증폭한 후 이 부위의 염기서열을 분석하여 개별 벼 품종 중에 존재하는 SNP 또는 InDel 위치를 찾아내고, 이 위치를 이용하여 품종별 식별이 가능한 대립유전자 특이 프라이머로서 작성한 것이다(도 2 참조).The marker for identifying the rice variety according to the present invention represented by SEQ ID NOs: 1 to 40 is designed for breed identification for japonica grown rice (rice). Japonica rice varieties are domestic and foreign varieties of subspecies under the scientific name Oryza sativa L. The marker for identifying a rice variety according to the present invention uses a single base difference of DNA on the rice genome and is scattered in 12 chromosomes of rice. Each marker according to the present invention refers to the CAPS site for Japanese Nippon Barre varieties among 12 chromosomes of rice, and amplifies a certain region by PCR, and then analyzes the sequencing of the region, which is present in individual rice varieties. Finding the SNP or InDel position, and using this position was prepared as an allele specific primer that can be identified by breed (see Fig. 2).

이하, 서열번호 1 내지 40로 나타낸 각 마커의 특징은 다음과 같다.Hereinafter, the characteristics of each marker represented by SEQ ID NOs: 1 to 40 are as follows.

DK2511: 2번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 OJ1136_C12 클론이다(서열번호 1(전방위 프라이머), 2(후방위 프라이머)).DK2511: present on chromosome 2, and the site used for sequencing is the OJ1136_C12 clone (SEQ ID NO: 1 (front directional primer), 2 (back directional primer)).

DK6: 11번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AC119073 클론이다(서열번호 3(전방위 프라이머), 4(후방위 프라이머)).DK6: present on chromosome 11 and site of the site used for sequencing is the AC119073 clone (SEQ ID NOs: 3 (front directional primer), 4 (back directional primer)).

DK17-1: 8번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP003886 클론(서열번호 5(전방위 프라이머), 6(후방위 프라이머)). DK17-1: present on chromosome 8 and site of the site used for sequencing is AP003886 clone (SEQ ID NO: 5 (front directional primer), 6 (back directional primer)).

DK17: 8번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP003886 클론(서열번호 7(전방위 프라이머), 8(후방위 프라이머)). DK17: present on chromosome 8 and site of site used for sequencing is AP003886 clone (SEQ ID NO: 7 (front directional primer), 8 (back directional primer)).

DK50: 11번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AC145367 클론이다(서열번호 9(전방위 프라이머), 10(후방위 프라이머)). DK50: present on chromosome 11 and site of the site used for sequencing is the AC145367 clone (SEQ ID NO: 9 (forefront primer), 10 (backward primer)).

DK63: 3번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AC135495 클론이다(서열번호 11(전방위 프라이머), 12(후방위 프라이머)). DK63: located on chromosome 3, the site used for sequencing is the AC135495 clone (SEQ ID NOs: 11 (front directional primer), 12 (back directional primer)).

DK560: 12번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 BX000560 클론이다(서열번호 13(전방위 프라이머), 14(후방위 프라이머)). DK560: present on chromosome 12 and site of the site used for sequencing is BX000560 clone (SEQ ID NO: 13 (front directional primer), 14 (back directional primer)).

DK1361: 10번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AC079888 클론이다(서열번호 15(전방위 프라이머), 16(후방위 프라이머)). DK1361: present on chromosome 10 and site of the site used for sequencing is the AC079888 clone (SEQ ID NOs: 15 (front directional primer), 16 (back directional primer)).

DK1412: 7번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP005198 클론이다(서열번호 17(전방위 프라이머), 18(후방위 프라이머)). DK1412: present on chromosome 7 and site of site used for sequencing is the AP005198 clone (SEQ ID NO: 17 (front directional primer), 18 (back directional primer)).

DK26: 1번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP003022 클론이다(서열번호 19(전방위 프라이머), 20(후방위 프라이머)). DK26: present on chromosome 1, and the site used for sequencing is the AP003022 clone (SEQ ID NO: 19 (front directional primer), 20 (back directional primer)).

DK372: 1번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP003432 클론이다(서열번호 21(전방위 프라이머), 22(후방위 프라이머)). DK372: Located on chromosome 1, the site used for sequencing is the AP003432 clone (SEQ ID NOs: 21 (front directional primer), 22 (back directional primer)).

DK2394: 7번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP003866 클론이다(서열번호 23(전방위 프라이머), 24(후방위 프라이머)). DK2394: present on chromosome 7 and site of site used for sequencing is the AP003866 clone (SEQ ID NOs: 23 (front directional primer), 24 (back directional primer)).

DK2401: 7번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP004010 클론이다(서열번호 25(전방위 프라이머), 26(후방위 프라이머)). DK2401: present on chromosome 7 and the site used for sequencing is the AP004010 clone (SEQ ID NOs: 25 (forward orientation primer), 26 (forward orientation primer)).

DK2708: 12번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AL731784 클론이다(서열번호 27(전방위 프라이머), 28(후방위 프라이머)). DK2708: located on chromosome 12 and site of the site used for sequencing is AL731784 clone (SEQ ID NO: 27 (front directional primer), 28 (back directional primer)).

DK721: 3번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AC119747 클론이다(서열번호 29(전방위 프라이머), 30(후방위 프라이머)). DK721: located on chromosome 3, the site used for sequencing is the AC119747 clone (SEQ ID NOs: 29 (front directional primer), 30 (back directional primer)).

DK34: 1번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP003209 클론이다(서열번호 31(전방위 프라이머), 32(후방위 프라이머)). DK34: Located on chromosome 1, the site used for sequencing is the AP003209 clone (SEQ ID NOs: 31 (forward primer), 32 (forward primer)).

DK847: 7번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP005198 클론이다(서열번호 33(전방위 프라이머), 34(후방위 프라이머)). DK847: present on chromosome 7 and site of the site used for sequencing is the AP005198 clone (SEQ ID NOs: 33 (front directional primer), 34 (back directional primer)).

DK1854: 4번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AL606616 클론이다(서열번호 35(전방위 프라이머), 36(후방위 프라이머)). DK1854: Located on chromosome 4, the site used for sequencing is the AL606616 clone (SEQ ID NOs: 35 (front-side primer), 36 (back-side primer)).

DK601: 2번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AP005284 클론이다(서열번호 37(전방위 프라이머), 38(후방위 프라이머)). DK601: Located on chromosome 2, the site used for sequencing is the AP005284 clone (SEQ ID NOs: 37 (front directional primer), 38 (back directional primer)).

DK600: 4번 염색체상에 존재하며, 염기서열 분석을 위하여 사용된 부위의 위치는 AL606660 클론이다(서열번호 39(전방위 프라이머), 40(후방위 프라이머)). DK600: Located on chromosome 4, the site used for sequencing is the AL606660 clone (SEQ ID NO: 39 (front directional primer), 40 (back directional primer)).

상기 각각의 프라이머들은 단독 또는 2이상이 조합되어 벼 품종을 식별하는 마커로서 사용되어지며, 상기 프라이머들을 이용하여 얻어지는 PCR 산물의 크기는 약 123∼540bp로 설계되어져 있다.Each of the primers is used alone or in combination of two or more as a marker for identifying rice varieties, the size of the PCR product obtained by using the primers is designed to about 123 ~ 540bp.

상기 각 프라이머 또는 이들을 이용한 벼 품종 식별방법은 다음과 같은 과정을 포함한다.Each primer or rice variety identification method using the same includes the following process.

벼 품종의 식별을 위해 먼저 볍씨로부터 게놈 DNA(genomic DNA)를 분리하고, 게놈 DNA를 주형으로 하여 벼 품종 식별용 마커를 이용하여 품종별 특이 부위를 증폭한다. 증폭된 품종별 특이 유전자를 전기영동으로 확인한 후, 조합된 밴드들의 분석을 통하여 각각의 품종을 식별할 수 있다. 이때 조합된 밴드들은 개별적인 실험을 통해 미리 하나의 도표로서 정리되어질 수 있다. 즉, 도 3에서 나타내는 바와 같이 각각의 벼 품종에 대한 각 품종 식별용 마커에 의한 PCR 산물의 유무를 표로 작성하고 그 결과의 분석에 의해 각각의 벼 품종을 결정할 수 있다. For identification of rice varieties, genomic DNA is first isolated from rice seed, and genomic DNA is used as a template to amplify specific regions for each variety using markers for identifying rice varieties. After confirming the specific gene for each amplified variety by electrophoresis, each variety can be identified through analysis of the combined bands. In this case, the combined bands may be arranged as a diagram in advance through individual experiments. That is, as shown in Fig. 3, each rice variety can be determined by tabulating the presence or absence of PCR products by markers for identifying each variety of rice varieties and analyzing the results.

상기 본 발명의 벼 품종을 위한 식별과정에서 PCR 증폭 여부을 확인할 수 있는 특정 유전자가 이용되어질 수 있다. 예를 들어, 내재 유전자로써 벼에 존재하는 곡물중심체 염기서열(Cereal Centromeric Sequence)과 유사한 CCS1 으로 AB013614클론 위치에 존재하는 게놈 DNA을 이용할 수 있다.In the identification process for the rice variety of the present invention, a specific gene capable of confirming PCR amplification may be used. For example, genomic DNA present at the AB013614 clone can be used as a CCS1 similar to the Cereal Centromeric Sequence in rice as an endogenous gene.

본 발명의 벼 품종 식별용 마커에 의한 품종식별의 보다 자세한 예를 들면, 개발된 SNP 마커 20개 중에서 DK560의 사용으로 새추청벼(Saechuchungbyeo) 와 추청벼(Chuchungbyeo)품종을 식별할 수 있다. 또한, DK6의 사용으로 남평벼(Nampyungbyeo)와 대안벼(Daeanbyeo)의 품종을 서로 식별할 수 있다. 또한, DK63과 DK560의 사용으로 새추청벼(Saechuchungbyeo)과 수라벼(Surabyeo)의 품종을 서로 식별할 수 있다.For example, a more detailed example of the breed identification by the rice variety identification marker of the present invention, it is possible to identify the Saechuchungbyeo and Chuchungbyeo varieties by the use of DK560 out of 20 developed SNP markers. In addition, the use of DK6 can discriminate between varieties of Nampyungbyeo and Daeanbyeo. In addition, the use of DK63 and DK560 can distinguish the varieties of Saechuchungbyeo and Surabyeo.

또한, 본 발명에서 개발된 SNP 마커 중에서 DK6와 DK17-1의 사용으로 동진1벼(Dongjin1byeo)와 상미벼(Snagmibyeo)의 품종을 서로 식별할 수 있다. 또한, DK63, DK1412, DK26의 사용으로 동안벼(Donganbyeo), 동진1벼(Dongjin1byeo), 상미벼(Snagmibyeo)의 품종을 서로 식별할 수 있다. In addition, the use of DK6 and DK17-1 among the SNP markers developed in the present invention can distinguish the varieties of Dongjin 1byeo and Sangmibyeo. In addition, the use of DK63, DK1412, and DK26 can distinguish varieties of Donganbyeo, Dongjin1byeo, and Snagmibyeo.

또한, 본 발명에서 개발된 SNP 마커 중에서 DK26, DK721, DK34의 사용으로 상미벼(Snagmibyeo), 세계화벼(Saegaehwabyeo), 새추청벼(Saechuchungbyeo)의 품종을 서로 식별할 수 있다.Also, among the SNP markers developed in the present invention, varieties of Snagmibyeo, Saegaehwabyeo, and Saechuchungbyeo can be distinguished from each other by using DK26, DK721, and DK34.

상기의 예와 같이 20개의 SNP 마커 중 2개 이상의 조합으로부터, 재배 벼의 각 품종간에 식별이 가능하다.As in the above example, from two or more combinations of twenty SNP markers, it is possible to identify between each variety of cultivated rice.

본 발명에서, 20개의 SNP 마커를 사용하여 품종 제한 수매제의 28품종에 대 해 실험한 결과, 일미벼, 화봉벼, 영남벼를 제외한 25개 품종에 대하여 개별적인 식별이 가능하였으며 혼입 시료에서 개별 품종의 함유량을 확인할 수 있었다. 보다 구체적으로는 정부수매 주요 25개 품종에 대한 식별을 위해서 20개의 SNP 마커 중 9개(DK2394, DK50, DK2401, DK1412, DK17-1, DK34, DK63, DK560, DK2511)만 사용하여도 개별적인 식별이 가능하였다.In the present invention, as a result of experiments on 28 varieties of varieties limited purchase agent using 20 SNP markers, it was possible to individually identify the 25 varieties except Ilmi rice, Hwabong rice, Yeongnam rice and the content of individual varieties in the mixed sample Could confirm. More specifically, only nine of the 20 SNP markers (DK2394, DK50, DK2401, DK1412, DK17-1, DK34, DK63, DK560, DK2511) can be used to identify the 25 major varieties of government purchase. It was possible.

또한, 본 발명에서, 20개의 벼 품종 식별용 마커를 사용하여 124개 국내산 원원종 벼 품종과 49개 외국산 벼 품종을 포함한 173개 벼 품종에 대한 특이성 검정에서 146개 품종에 대하여 개별적인 식별이 가능하였다. 국내산 품종 124개 중에서 12개 품종을 제외한 112개 품종에 대한 식별이 가능하였으며, 외국산 품종 49개 (호주산 1개, 중국산 25개, 일본산 7개, 러시아 1개, 이집트 1개, 인도 1개, 파키스탄 1개, 필리핀 5개, 미확인 7개) 중에서 15개 품종을 제외한 34개의 품종에 대하여 개별적인 식별이 가능하였다. 외국산 품종에 대한 식별 능력이 국내산 품종보다 떨어지는 것은 국내산 품종과 외국산 품종 간의 유전적 다양성으로 인하여 국내산 품종에서 개발된 본 발명에 따른 마커의 이용이 적합하지 않았지만 향후 국내산과 외국산 품종의 구별에 대한 가능성을 보여 주었다.In addition, in the present invention, individual markers were identified for 146 varieties in a specificity test for 173 rice varieties including 124 domestic native rice varieties and 49 foreign rice varieties using 20 rice varieties for identifying markers. . Among 124 domestic varieties, 112 varieties except 12 varieties were identified, and 49 foreign varieties (1 from Australia, 25 from China, 7 from Japan, 1 from Russia, 1 from Egypt, 1 from India, In Pakistan, 5 Philippines, and 7 unidentified), 34 cultivars except 15 cultivars were identified. Although the ability to identify foreign varieties is lower than that of domestic varieties, the use of the marker according to the present invention developed in domestic varieties is not suitable due to the genetic diversity between domestic and foreign varieties, but there is a possibility for future distinction between domestic and foreign varieties. Showed.

또한, 본 발명에 의하면 국내산 벼 28품종에 대한 유전자의 유사성은 99.1∼100%로 높게 나타났으며, 국내산 28개 품종은 각 품종 간에 0.05%의 차이를 나타냈다.In addition, according to the present invention, the similarity of genes to 28 domestic rice varieties was 99.1 to 100%, and the 28 domestic varieties showed a difference of 0.05% between the respective varieties.

이러한 결과에 의해, 본 발명에 따른 벼 품종 식별용 마커들은 벼 품종의 식별에 있어서 신속하고, 저 비용이며, 효과적인 마커로 이용할 수 있으며, 외국산 품종과의 구분을 위한 마커로 이용이 가능함을 알 수가 있다. 또한 혼합 품종의 경우 개별 품종 명을 식별할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 발명에 의하면, 상기 마커를 사용한 벼 품종 식별방법은 염기 서열 정보에 의한 안정적인 품종 식별을 위한 방법으로 제시되어 다른 작물에 대한 품종 식별법 개발에도 유용한 방법임을 시사한다.Based on these results, it can be seen that the markers for identifying rice varieties according to the present invention can be used as markers for identifying rice varieties quickly, low cost and effectively, and as markers for distinguishing them from foreign varieties. have. Mixed breeds also have the advantage of identifying individual breed names. According to the present invention, the rice variety identification method using the marker is suggested as a method for stable breed identification by base sequence information, suggesting that it is a useful method for developing a variety identification method for other crops.

이하 실시예를 통해 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the configuration and effects of the invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[실시예 1] 볍씨로부터 게놈 DNA의 추출Example 1 Extraction of Genomic DNA from Rice Seed

1) 식물 시료1) plant sample

본 발명에서 NICS(National Institute of Crop Science)에서 분양받은 173개(국내산 124개 품종과 외국산 49개 품종 : 2004년도에 생산된 저장 볍씨) 벼 품종을 벼 품종 식별용 마커의 개발과 마커 개발의 특이성 시험을 위해 이용하였다.The development of markers for identifying rice varieties and the development of markers for 173 rice varieties (124 varieties in Korea and 49 varieties in foreign countries: 2004 produced in 2004) received from the National Institute of Crop Science (NICS) in the present invention It was used for the test.

국내산 124개의 품종 중에 28개의 품종이 마커를 개발하는데 사용되었고, 이는 정부 품종제한수매제의 품종에 해당된다. 나머지 96개 품종에 대해 개발된 마커로 특이성 검정 실험을 하였다.Of the 124 varieties in Korea, 28 varieties were used to develop markers, which is the kind of government limited purchase system. Specificity tests were performed with markers developed for the remaining 96 varieties.

2)게놈 DNA의 추출2) Extraction of Genomic DNA

쌀 0.03g은 양이 너무 작아서 판매되는 DNA 추출 키트로 DNA를 추출하는 것은 불가능하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 식물에서 DNA를 추출할 때 일반적으로 사용되는 CTAB 방법을 변형하여 본 발명에 사용하였다.0.03g of rice was so small that it was impossible to extract DNA with a DNA extraction kit sold. In order to solve this problem, a CTAB method, which is generally used to extract DNA from plants, was modified and used in the present invention.

CTAB 방법은 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드 (cetyl trimethyl ammonium bromide)와 페닐클로로포름 (phenylchloroform) 혼합액으로 DNA를 추출하여 정제하는 방법이다(Murray, M.G. and W.F. Thompson. 1980 Nuc. Acids Res 8, 4321-4325, Pietsch et. al., 1997 Lebensmittel Runds 93, 35-38). 이 방법은 DNA의 순도가 좋고, 사용 범위가 폭넓게 적용되는 이점이 있다.CTAB is a method of extracting and purifying DNA from a mixture of cetyl trimethyl ammonium bromide and phenylchloroform (Murray, MG and WF Thompson. 1980 Nuc.Acids Res 8, 4321-4325, Pietsch et al., 1997 Lebensmittel Runds 93, 35-38). This method has the advantage that the purity of DNA is good and the range of use is widely applied.

시료의 오염을 방지하기 위해, 기름종이에 올려놓고 쌀 시료를 망치를 이용하여 아주 작은 조각으로 분쇄한다. 분쇄한 시료(약 30㎎)를 1.5㎖ 튜브에 넣고, CTBA 용액 500 ㎕를 첨가하여 잘 섞은 후, 65℃ 항온 수조에 30분간 담가 두었다. CTAB 용액의 조성은 다음과 같다 : DNA 추출 buffer (Sorbitol 63.75g, Tris-base 12.1g, EDTA-Na2 1.68g/1ℓ)와 nuclei lysis buffer (CTAB 20g, 1M Tris (pH 8.0) 200㎖ 0.25M EDTA 200㎖ 5M NaCl 400 ㎖/1ℓ) 를 1:1로 섞고, 0.2 부피 10% 사르코실, 0.2 부피 식염수, 1% 2-머르캅토에탄올을 65℃ 항온 수조에서 섞었다. 14,240×g (15,000rpm)에서 10분 동안 원심분리를 한 후, 상등액에 3.8g/ℓ 소디움 바이설파이트 1 부피와 페놀: 클로로포름: 이소아밀알콜 (25:24:1) 1 부피를 섞어서 상온에서 5분 동안 방치한 후, 14,240×g에서 5분 동안 원심분리를 하였다. 상등액을 1.5㎖ 튜브로 옮기고 클로로포름: 이소아밀알콜 (24:1) 1 부피를 섞어서 상온에서 5분 동안 회전시켜 섞어주었다. 14,240×g에서 5분 동안 원심분리를 하여, 상등액을 1.5㎖ 튜브로 옮겼다. 상기의 절차를 경계면이 투명해질 때까지 반복하였다. 동량의 이소프로판올을 넣고 5분 동안 잘 섞어주고, -20℃에 20분간 넣어두었다가 4℃에서 15분 동안 원심분리를 하였다. 상등액을 버리고 DNA 팰렛을 70% 에 탄올 200 ㎕를 넣어서 4℃에서 5분 동안 원심분리를 하였다. 상등액을 버리고 남은 에탄올을 바람이나 진공 건조기로 잘 말렸다. DNA를 녹이기 위해 멸균된 증류수 65㎕와 RNase A (1㎎/㎖) 15 ㎕를 넣어 37℃ 수조에 15분 동안 넣어두었다.To avoid contamination of the sample, place it on oil paper and grind the rice sample into tiny pieces with a hammer. The ground sample (about 30 mg) was put in a 1.5 ml tube, 500 µl of CTBA solution was added, mixed well, and soaked in a 65 ° C constant temperature water bath for 30 minutes. The composition of the CTAB solution is as follows: DNA extraction buffer (Sorbitol 63.75g, Tris-base 12.1g, EDTA-Na2 1.68g / 1ℓ) and nuclei lysis buffer (CTAB 20g, 1M Tris (pH 8.0) 200ml 0.25M EDTA 200 mL 5M NaCl 400 mL / 1 L) was mixed 1: 1, and 0.2 volume 10% sarcosyl, 0.2 volume saline, and 1% 2-mercaptoethanol were mixed in a 65 DEG C constant temperature water bath. After centrifugation at 14,240 × g (15,000 rpm) for 10 minutes, mix 1 volume of 3.8 g / L sodium bisulfite and 1 volume of phenol: chloroform: isoamyl alcohol (25: 24: 1) in the supernatant at room temperature. After standing for 5 minutes, centrifugation was performed for 5 minutes at 14,240 × g. The supernatant was transferred to a 1.5 mL tube, and 1 volume of chloroform: isoamyl alcohol (24: 1) was mixed and rotated at room temperature for 5 minutes. The supernatant was transferred to a 1.5 ml tube by centrifugation at 14,240 × g for 5 minutes. The above procedure was repeated until the interface became clear. Add the same amount of isopropanol and mix well for 5 minutes, put in 20 minutes at -20 ℃ and centrifuged for 15 minutes at 4 ℃. The supernatant was discarded and centrifuged at 4 ° C. for 5 minutes by adding 200 μl of a pellet to 70% of a DNA pallet. The supernatant was discarded and the remaining ethanol was well dried by wind or vacuum dryer. To dissolve DNA, 65 μl of sterilized distilled water and 15 μl of RNase A (1 mg / ml) were added and placed in a 37 ° C. water bath for 15 minutes.

잎에서 DNA를 추출하는 것과는 달리, 벼의 낟알(0.03g)에서 DNA를 추출하는데 키트만으로 불가능하기 때문에, 볍씨에서 게놈 DNA를 추출하는 것은 쉽지 않다. 정제한 DNA를 다량 얻기 위해서 CTAB 방법(Murray et al., 1980 Nuc. Acids Res 8, 4321-4325)을 일부 변경한 방법에 따라, 정제한 DNA는 약100ng/㎕를 얻었고, DNA의 260/280 비는 1.8이상이었다.Unlike extracting DNA from leaves, it is not easy to extract genomic DNA from rice seeds because it is not possible with a kit to extract DNA from rice grains (0.03g). Purified DNA yielded approximately 100 ng / μl according to some modifications of the CTAB method (Murray et al., 1980 Nuc. Acids Res 8, 4321-4325) to obtain large amounts of purified DNA. The rain was above 1.8.

[실시예 2] 국내산 벼 28개 품종의 유적학적 다양성Example 2 Historically Diverse Varieties of 28 Domestic Rice Varieties

유전적 다양성 분석Genetic Diversity Analysis

국내산 품종 28개의 염색체의 DNA 염기서열에서 22개의 위치를 DNASTAR 컴퓨터 프로그램으로 편집하였고, CLUSTAL W (Thompson et al., 1994 Nucleic Acids Res. 22, 4673-4680) 프로그램을 이용하여 염기서열의 정열을 시행하였다. Twenty-two positions of the DNA sequences of 28 domestic chromosomes were compiled by the DNASTAR computer program, and the sequences were sequenced using the CLUSTAL W (Thompson et al., 1994 Nucleic Acids Res. 22, 4673-4680) program. It was.

계통발생적 분석(phylogenetic analysis)을 위하여 NJ(neighbor-joining)방법을 이용하였다(Saitou and Nei, 1987). NJ 분석을 위해, 결과를 먼저 Kimura-2 매개변수 거리측정 모델을 이용하여 분석하고, NJ tree를 그리는데 MEGA version 2.1를 이용하였다(Kumar et. al., 2001 MEGA2 Arizona State University, Tempe, Arizona, USA). 각 계통분기에 대한 지지를 결정하기 위해 부트스트랩 분석은 1,000 반복(replications)으로 시행하였다. NJ (neighbor-joining) method was used for phylogenetic analysis (Saitou and Nei, 1987). For NJ analysis, the results were first analyzed using a Kimura-2 parametric ranging model, and MEGA version 2.1 was used to draw the NJ tree (Kumar et. Al., 2001 MEGA2 Arizona State University, Tempe, Arizona, USA). ). To determine support for each branch, a bootstrap analysis was conducted with 1,000 replicates.

국내산 벼 28품종에 대한 유전자의 유사성은 99.1∼100%로 높게 나타났다. 부트스트랩 수치(bootstrap value)는 계통수(phylogenetic tree') 분기점에서 매우 낮다. 안정한 군의 분류는 부트스트랩 수치가 70% 이상일 때 실시된다고 일반적으로 알려져 있다.그 결과, 국내산 28개 품종은 각 품종간에 0.05%의 차이를 나타내므로, 이는 유사성이 매우 높다는 것을 의미한다. 이는 각각의 변종이 안정한 군으로 분류되지 않는다는 것을 나타내는 것이다. The similarity of genes to 28 varieties of domestic rice was high from 99.1 to 100%. The bootstrap value is very low at the phylogenetic tree 'branch point. It is generally known that stable grouping is performed when the bootstrap value is 70% or more. As a result, 28 domestic varieties show a difference of 0.05% between the respective varieties, which means that the similarity is very high. This indicates that each variant is not classified into a stable group.

[실시예 3] SNP(Single Nucleotide Polymorphism) 마커의 개발Example 3 Development of Single Nucleotide Polymorphism (SNP) Marker

1) 염기서열 분석과 프라이머 디자인을 위한 위치 결정1) Positioning for sequencing and primer design

국제 벼 게놈 염기서열 해석 프로젝트(IRGSP: International rice genome sequencing project)는 2002년에 니퐁바레 품종의 전체 염기서열을 확인하였다(IRGSP, http//rgp.dna.affrc.go.jp). 신젠타(Syngenta; 세계최초의 농업 전문 기업)는 니폰바레의 전체염기서열의 초안을 분석하였다(Goff et al., 2002). 니퐁바레의 염기서열을 기초로 하여, 벼를 완전하고 특이적으로 식별할 수 있도록, 염기서열분석을 위한 프라이머를 제작하였다.The International Rice Genome Sequencing Project (IRGSP) identified the entire sequence of Nippon Barre varieties in 2002 (IRGSP, http // rgp.dna.affrc.go.jp). Syngenta (the world's first agricultural company) analyzed a draft of the entire base of Nippon Barre (Goff et al., 2002). Based on the Nippon Barre sequencing, primers were prepared for sequencing to completely and specifically identify rice.

벼 유전체 연구 프로그램(RGP: rice genome research program)의 홈페이지(http://rgp.dna.affrc.go.jp) 정보에서 CAPS(cleaved amplified polymorphic sequence)와 진뱅크의 분석용 클론을 선택하여, Gramene web site(http://www.gramene.org)와 Primer3 Program을 이용하여 프라이머를 제작하였다(http://frodo.wi.mit.edu). DNASTAR를 이용하여 제한효소의 위치를 확인하고 염 색체에서 80가지 위치에서 염기서열을 분석하였다.From the homepage of the rice genome research program (RGP) (http://rgp.dna.affrc.go.jp) information, the CAPS (cleaved amplified polymorphic sequence) and Genebank's analytical clones were selected. Primers were prepared using the web site (http://www.gramene.org) and Primer3 Program (http://frodo.wi.mit.edu). DNASTAR was used to confirm the location of the restriction enzyme and sequence analysis at 80 positions on the chromosome.

2) 대조유전자 특이 PCR 프라이머의 제작2) Construction of Control Gene Specific PCR Primer

SNP 위치를 찾기 위해 DNASTAR 컴퓨터 프로그램 (www. dnastar.com)을 이용하여 ClustalW 방법으로 분석하였다.The ClustalW method was analyzed using the DNASTAR computer program (www.dnastar.com) to find SNP locations.

InDel 마커는 두 개의 프랭킹 프라이머(flanking primers)로 InDel을 포함하는 DNA 단편을 증폭하여 분석하였다. 유전자형은 아가로즈 젤에서 PCR 산물의 유무로 정해졌다. 본 발명에서 SNP 프라이머를 제작하기 위해 대립유전자-특이 PCR 방법을 변형하여 실시하였다(도 1a) (Drenkard, E. et al., 2000 Plant Physiol 124, 1483-1492, Kwok, S. et al., 1990 Nucleic Acids Res 18, 999-1005). InDel markers were analyzed by amplifying DNA fragments containing InDel with two flanking primers. Genotypes were determined by the presence or absence of PCR products on agarose gels. The allele-specific PCR method was modified to produce SNP primers in the present invention (FIG. 1A) (Drenkard, E. et al., 2000 Plant Physiol 124, 1483-1492, Kwok, S. et al., 1990 Nucleic Acids Res 18, 999-1005).

본 발명에서, 벼 품종을 식별하기 위한 SNP 마커를 개발하기 위한, 대립유전자 특이 PCR을 위한 프라이머를 제작하기 위해 3' 말단으로부터 2∼5번째 위치의 염기 중 어느 하나 또는 두 개의 염기를 변이시킨 변형서열을 작성하였다(도 1a, 도 1b). 이에 의하면 염기서열에서 3' 말단으로부터 2∼4번째 위치의 염기 중 어느 하나가 A,T,G,C 중 어느 하나로 변이된 변형서열을 벼 품종 식별을 위한 마커로 사용한 결과 특정 대립유전자에 대하여는 PCR 증폭을 방해하지 아니하면서 타 품종과 식별을 가능하게 함을 확인할 수 있었다.In the present invention, a modification in which any one or two bases of the bases at positions 2 to 5 are modified from the 3 'end to prepare primers for allele-specific PCR for developing SNP markers for identifying rice varieties. Sequences were prepared (FIG. 1A, FIG. 1B). According to this, the modified sequence in which any one of the bases 2 to 4 from the 3 'end of the base sequence was mutated to any of A, T, G, and C was used as a marker for identifying rice varieties. It was confirmed that it is possible to identify with other varieties without disturbing the amplification.

또한, 본 발명에서 벼 품종을 식별하기 위한 마커를 개발함에 있어서, SNP 또는 InDel 위치는 3' 말단이고, 3번째 누클레오타이드에 인위적인 불일치가 유도되도록 센스 프라이머와 안티센스 프라이머를 제작하였다. SNP 마커의 결합온도는 60℃, 길이는 123∼540 bp가 되도록 제작하였다.In addition, in developing the marker for identifying rice varieties in the present invention, the SNP or InDel position is the 3 'end, and a sense primer and an antisense primer were prepared to induce artificial inconsistency in the third nucleotide. The binding temperature of the SNP marker was prepared to be 60 ℃, length 123 ~ 540 bp.

본 발명에서, 국내산 벼 28개 품종을 식별하기 위해 벼 품종 식별용 마커 20개를 만들었다(도 2).In the present invention, 20 markers for identifying rice varieties were made to identify 28 domestic rice varieties (FIG. 2).

또한, PCR 증폭을 확인하기 위하여, 내부표준물질로 벼에 존재하는 곡물중심체 염기서열(Cereal Centromeric Sequence)과 유사한 CCS1 프라이머(서열번호 41, 42)를 제작하였으며, AB013614클론 위치에 존재한다.In addition, to confirm PCR amplification, a CCS1 primer (SEQ ID NO: 41, 42) similar to the Cereal Centromeric Sequence in rice was prepared as an internal standard, and is present in the AB013614 clone position.

[실시예 4] 마커의 특이성 검정Example 4 Specificity Assay of Markers

1) 시퀀싱을 위한 중합효소 연쇄반응1) Polymerase Chain Reaction for Sequencing

DNA 증폭을 위하여, GeneAmp 9700 (Applied Biosystems) (Kleppe et. al., 1971: Lawyer et al., 1989; Saiki et al., 1985), HotStart Taq 중합효소 (Takara Hotstart Taq, 5unit/㎕)를 사용하였다. 이는 10× PCR 버퍼(Tris-HCl (pH8.0) 20mM, KCl 100mM and MgCl2 2mM), dNTPs (2.5mM), Taq DNA 중합효소로 이루어져 있다. 각각의 프라이머의 적절한 농도는 1.25μM이다. 반응 혼합물은 반응액 30㎕에는 1×PCR 버퍼, 0.2mM of dNTP, 40ng/㎕ 주형, 그리고 0.025 unit의 Taq 중합효소가 포함되어 있다.For DNA amplification, GeneAmp 9700 (Applied Biosystems) (Kleppe et. Al., 1971: Lawyer et al., 1989; Saiki et al., 1985), HotStart Taq polymerase (Takara Hotstart Taq, 5 units / μl) was used It was. It consists of 10 × PCR buffer (Tris-HCl (pH 8.0) 20 mM, KCl 100 mM and MgCl 2 2 mM), dNTPs (2.5 mM), Taq DNA polymerase. The appropriate concentration of each primer is 1.25 μM. The reaction mixture contained 1 × PCR buffer, 0.2 mM of dNTP, 40 ng / μl template, and 0.025 unit of Taq polymerase in 30 μl of reaction solution.

DNA 증폭 조건은 다음과 같았다. DNA를 2분간 변성시키고, 일련의 반응(94℃에서 20 sec, 60℃에서 20 sec, 72℃에서 30 sec)을 30회 반복하였다. 4℃로 식히고 반응을 종료하였다. 증폭 결과를 확인하기 위하여 PCR 반응액 5㎕ 로딩 버퍼(0.25% 브로모페놀블루, 0.25% 크실렌 시아놀 FF, 15% Ficoll) 1㎕를 넣어서 2% 아가로즈 젤에 로딩하여 100V (5-20V/cm)로 20분간 전기영동을 하였다. BPB (Bromophenol Blue)가 젤의 중간 지점에 이르렀을 때 전기영동을 중단하고 UV 트랜스-일루미네이터에서 CCD 카메라로 사진을 찍었다. 하나의 밴드가 형성되었는지 확인하고, DNA 분자량 마커와 비교해보았다. 밴드가 두 개이거나 없으면, 염기서열 분석을 하지 않았다. 또한, 본 발명에서 내부표준물질로 CCS1을 사용하여 PCR 증폭 여부를 확인하였다.DNA amplification conditions were as follows. DNA was denatured for 2 minutes and a series of reactions (20 sec at 94 ° C., 20 sec at 60 ° C., 30 sec at 72 ° C.) was repeated 30 times. Cool to 4 ° C. and complete the reaction. To confirm the amplification result, add 1 μl of PCR reaction solution 5 μl loading buffer (0.25% bromophenol blue, 0.25% xylene cyano FF, 15% Ficoll) into a 2% agarose gel and load 100V (5-20V / cm) electrophoresis for 20 minutes. Electrophoresis was stopped when BPB (Bromophenol Blue) reached the midpoint of the gel and photographed with a CCD camera on a UV trans-illuminator. One band was formed and compared to DNA molecular weight markers. If there were two or no bands, no sequencing was done. In addition, it was confirmed whether the PCR amplification using CCS1 as an internal standard in the present invention.

2) 중합효소 연쇄반응 산물의 정제2) Purification of polymerase chain reaction product

시퀀싱을 하기 위해, QIAquick PCR 정제키트 (Quagen.Co.)를 이용하여 PCR 산물을 정제하였다. PCR 산물에 PB 용액 5배를 넣어 컬럼에 부착시켰다. 14,240ㅧ g에서 1분 동안 원심분리를 한 후, PE 용액 700㎕를 넣어 14,240×g에서 1분간 원심분리를 하였다. 컬럼을 1.5㎖ 새 튜브로 옮기고, 멸균된 증류수 30㎕를 넣어 1분 동안 상온에 놓아두었다. 14,240×g에서 1분 동안 원심분리를 하여 용출시켜, 이를 염기서열 분석을 위한 주형으로 사용하였다. 정제한 PCR 산물은 전기영동에 의해 2% 아가로즈 젤에서 PCR 마커로 확인하였다.For sequencing, PCR products were purified using QIAquick PCR Purification Kit (Quagen.Co.). 5 times PB solution was added to the PCR product and attached to the column. After centrifugation at 14,240 ㅧ g for 1 minute, 700 μl of PE solution was added and centrifuged at 14,240 × g for 1 minute. The column was transferred to a 1.5 ml fresh tube, and 30 µl of sterilized distilled water was kept at room temperature for 1 minute. Elution was carried out by centrifugation at 14,240 × g for 1 minute, which was used as a template for sequencing. The purified PCR product was confirmed by PCR marker on 2% agarose gel by electrophoresis.

3) 벼 품종의 염기서열 분석3) Sequence Analysis of Rice Varieties

국내산 품종의 염기 서열은 PCR로 증폭된 단편(약 500bp)으로부터 BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing kit (ABI 0401041, Foster, CA, USA)로 ABI310 염기서열분석기 (ABI Biosystems, USA)를 이용하여 결정되었다. 이때 프라이머의 적절한 농도는 0.16μM이고, 반응 혼합액은 반응액 20㎕에 주형 DNA 10 ng/㎕, 8 unit의 BigDye 터미네이터를 포함한다. 각 PCR 산물은 단일 혹은 양방향으로 염기서열을 분석하였다. PCR 프라이머를 디자인하기 위해, Ganmene/Genbank 데이타베이 스로부터 니퐁바레 게놈 DNA 서열 데이타를 이용하였다.The nucleotide sequence of the domestic varieties was determined from the PCR amplified fragment (approximately 500 bp) using the ABI310 sequencer (ABI Biosystems, USA) with the BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing kit (ABI 0401041, Foster, CA, USA). . At this time, the appropriate concentration of the primer is 0.16μM, and the reaction mixture contains 20μl of the template DNA 10 ng / μl, 8 units of BigDye terminator. Each PCR product was sequenced in a single or bidirectional manner. To design PCR primers, Nippon Barre genomic DNA sequence data from the Ganmene / Genbank database was used.

4) 마커의 특이성 검정4) Specificity Assay of Markers

DNA를 증폭하기 위해 GeneAmp 9700 (Applied Biosystems), HotStart Taq 중합효소 (Takara Hotstart Taq, 5 unit/㎕)를 이용하였다. HotStart Taq 중합효소(Takara Hotstart Taq, 5 unit/㎕)는 10×PCR 버퍼 (Tris-HCl (pH 8.0) 20mM, KCl 100mM, MgCl2 2mM), dNTPs (2.5mM) 그리고 Taq DNA 중합효소로 구성되어있다.GeneAmp 9700 (Applied Biosystems), HotStart Taq polymerase (Takara Hotstart Taq, 5 unit / μl) was used to amplify DNA. HotStart Taq polymerase (Takara Hotstart Taq, 5 unit / μl) consists of 10 × PCR buffer (Tris-HCl (pH 8.0) 20mM, KCl 100mM, MgCl 2 2mM), dNTPs (2.5mM) and Taq DNA polymerase have.

DNA 증폭 조건은 다음과 같았다. DNA를 96℃에서 1분간 변성시키고, 일련의 반응(96℃에서 10 sec, 60℃에서 10 sec, 72℃에서 30 sec)을 32회 반복하였다. 4℃로 식히고 반응을 종료하였다. 프라이머의 적절한 농도는 각각 1.0μM 이었다. 반응 용액의 조성은 반응액 20㎕에 1×PCR 버퍼, 0.2mM dNTP, 40ng/㎕ 주형, 그리고 Taq 중합효소 0.025 unit이었다.DNA amplification conditions were as follows. DNA was denatured for 1 minute at 96 ° C. and a series of reactions were repeated 32 times (10 sec at 96 ° C., 10 sec at 60 ° C., 30 sec at 72 ° C.). Cool to 4 ° C. and complete the reaction. Appropriate concentrations of the primers were 1.0 μM each. The composition of the reaction solution was 20 μl of reaction solution, 1 × PCR buffer, 0.2 mM dNTP, 40ng / μl template, and 0.025 unit of Taq polymerase.

본 발명에서, 분리한 게놈 DNA를 주형으로 하여 20개의 SNP 마커를 이용하여 각각의 벼 품종에 대한 각 마커에 의한 PCR을 실시하였다. 도 3에서 나타내는 바와 같이 각각의 산물의 유무를 표로 작성하고 그 결과의 분석에 의해 각각의 벼 품종을 결정하였다.In the present invention, PCR was performed using each marker for each rice cultivar using 20 SNP markers using the isolated genomic DNA as a template. As shown in FIG. 3, the presence or absence of each product was prepared in the table | surface, and each rice variety was determined by the analysis of the result.

전체 173개 품종 (국내산 124개 품종과 외국산 49개 품종)에 대한 특이성 검정에서 27개 품종은 식별이 불가능하였다. 나머지 146개 품종은 개별적인 식별이 가능하였다. 국내산 124개 품종에 대한 분석에 따라, 12개 품종은 식별이 불가능하였고, 나머지 112개 품종은 식별이 가능하였다. 또한, 외국산 49개 품종에 대한 분 석 결과에 따르면, 15개 품종은 식별이 불가능하였다. 나머지 34개 품종은 개별적인 식별이 가능하였다(도 3).In the specificity test of all 173 varieties (124 domestic and 49 foreign), 27 varieties could not be identified. The remaining 146 varieties were individually identifiable. According to the analysis of 124 domestic varieties, 12 varieties could not be identified and the remaining 112 varieties could be identified. In addition, according to the analysis results of 49 foreign varieties, 15 varieties could not be identified. The remaining 34 varieties were individually identifiable (FIG. 3).

또한, 본 발명에 의하면, 마커 9개로, 정부 품종제한 수매제의 품종에 해당하는 국내산 벼 28개의 품종 중에서 25개 품종의 개별적인 식별이 가능하였다(도 3). 그러나, 세 개의 품종(일미벼(Ilmibyeo), 화봉벼(Hwabongbyeo), 영남벼(Youngnambyeo))은 형성된 밴드의 양상이 동일하여 식별이 불가능하였다. 이와 같이 개발된 마커 20개 중에 단지 9개 마커만 사용하여도 25개 정부수매품종의 식별이 완전히 가능함을 확인할 수 있었다. In addition, according to the present invention, with 9 markers, it was possible to individually identify 25 varieties among 28 domestic rice varieties corresponding to the varieties of the government varieties restricted purchase (Fig. 3). However, the three varieties (Ilmibyeo, Hwabongbyeo, and Youngnambyeo) were indistinguishable because of the same pattern of bands formed. Using only nine markers out of the 20 markers developed in this way, it was confirmed that 25 government purchase varieties could be completely identified.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 벼 품종 식별을 위한 마커는 벼 품종 중 국내외산을 포함한 다양한 벼 품종의 식별이 가능하므로 현재 정부 품종제한 수매제, 포장양곡 표시제, 브랜드쌀 평가제 등의 다양한 정책을 과학적으로 뒷받침해 줄 수 있으며, 유통중인 쌀의 원산지 관리를 위한 품종식별에도 유용하게 이용될 수 있다.As described above, the marker for identifying the rice variety of the present invention is capable of identifying various rice varieties including domestic and foreign ones among the rice varieties. It can support and can be usefully used to identify varieties for managing the origin of rice in circulation.

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Claims (6)

서열번호 1∼40로 표시되는 품종 식별을 위한 마커에서 선택되는 어느 하나 이상의 염기서열로 이루어지는 벼 품종 식별을 위한 마커A marker for identifying a rice cultivar consisting of any one or more nucleotide sequences selected from markers for identifying a variety represented by SEQ ID NOs: 1-40 서열번호 1∼40로 표시되는 품종 식별을 위한 마커에서 선택되는 어느 하나 이상의 염기서열에 있어서, 염기서열의 3' 말단으로부터 2∼4번째 위치의 염기 중 어느 하나가 A,T,G,C 중 어느 하나로 변이된 변형서열로 이루어지는 벼 품종 식별을 위한 마커In any one or more nucleotide sequences selected from markers for identifying varieties represented by SEQ ID NOs: 1 to 40, any one of the bases at positions 2 to 4 from the 3 'end of the nucleotide sequence is selected from A, T, G, and C. Marker for identification of rice varieties consisting of modified sequences 제 2항에 있어서, 변형서열은 서열번호 1∼40로 표시되는 품종 식별을 위한 마커에서 상기 염기서열이 3' 말단으로부터 3번째 염기가 변이된 벼 품종 식별을 위한 마커The method of claim 2, wherein the modified sequence is a marker for identifying a variety of rice varieties in which the nucleotide sequence is changed from the 3 'end to the third base in a marker for identifying a variety represented by SEQ ID NOS: 1-40 벼의 게놈 DNA(genomic DNA)를 분리하는 단계; 게놈 DNA를 주형으로 하여 서열번호 1∼40로 표시되는 품종 식별을 위한 마커에서 선택되는 적어도 어느 하나의 염기서열 및 상기 염기서열이 3' 말단으로부터 2∼4번째 위치의 염기 중 어느 하나가 변이된 변형서열 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 벼 품종 식별용 마커를 이용하여 품종별 특이 부위를 각각 증폭하는 단계; 및 상기 각 증폭된 품종별 특이 유전자를 전기영동으로 확인한 후, 조합된 밴드들의 분석을 통하여 각각의 품종을 식별하는 단계를 포함하는 벼 품종 식별방법Separating genomic DNA of rice; At least one nucleotide sequence selected from a marker for identifying a cultivar represented by SEQ ID NOs: 1 to 40, and a nucleotide sequence of the second to fourth positions from the 3 'end of the genome DNA as a template Amplifying each specific region for each variety using at least one rice variety identification marker selected from among the modified sequences; And after identifying the specific gene for each amplified variety by electrophoresis, rice variety identification method comprising the step of identifying each variety through the analysis of the combined bands 제 4항에 있어서, 각각의 벼 품종에 대한 상기 각 마커에 의한 PCR 산물의 유무를 표로 작성하고 그 결과의 분석에 의해 각각의 벼 품종을 결정하는 것을 특징으로 하는 벼 품종 식별방법5. The method of claim 4, wherein each rice variety is determined by tabulating the presence or absence of PCR products by each marker for each rice variety and analyzing the results. 제 4항에 있어서, PCR 증폭 여부을 확인할 수 있는 내재 유전자로써 벼에 존재하는 곡물중심체 염기서열(Cereal Centromeric Sequence)과 유사한 CCS1 프라이머(서열목록 41 및 서열목록 42)가 사용되어짐을 특징으로 하는 벼 품종 식별방법The rice cultivar according to claim 4, wherein CCS1 primers (SEQ ID NO: 41 and SEQ ID NO: 42) similar to the Cereal Centromeric Sequence in rice are used as endogenous genes to confirm PCR amplification. Identification method
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