KR102141703B1 - Molecular marker for selecting tomato cultivars resistant to tomato Bacterial wilt and selection method using the same marker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 마커 및 이를 이용한 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a marker for selecting a tomato foot disease-resistant individual and a method for selecting a tomato foot disease-resistant individual using the marker.
토마토는 종자 시장 규모가 세계적으로 약 1조원에 달하고 있는 고부가가치 글로벌 채소작물로, 국내에서도 토마토의 소비 증가로 인해 종자 시장 규모가 2017년도에 271억으로 성장하였으며, 과채류 중에서도 고추 다음으로 큰 비중을 차지하고 있다.Tomato is a high value-added global vegetable crop with a global market value of about 1 trillion won, and the domestic market has grown to 27.1 billion in 2017 due to increased consumption of tomatoes. Occupy.
한편, 국내외 토마토 재배농가에서 토마토의 안정적인 생산에 위협이 되는 주요 병인 풋마름병은 토양 매개 세균인 랄스토니아 솔라나세아룸(Ralstonia solanacearum) 에 의해 발병된다. 병원균은 상처 또는 뿌리의 자연적 개방을 통해 토마토를 침범하고, 뿌리가 자루에서 수평으로 자라면 목부 조직을 감염시켜 감수성 식물의 혈관 시스템에서 물의 흐름을 막는다. 이 치명적인 질병을 통제하기 위해 종자 회사에서는 저항성 토마토 선별 및 육종에 많은 노력을 기울이고 있다. 표현형에 기반한 기존의 선별 및 육종 방법은 시간과 비용이 많이 요구되는 단점이 있어서, DNA 분자 마커를 활용하여 선별 효율을 증진시키고자 하는 연구가 많이 이루어져 왔다. On the other hand, foot disease, a major disease that threatens the stable production of tomatoes in domestic and foreign tomato growers, is caused by the soil-borne bacteria Ralstonia solanacearum . Pathogens invade tomatoes through the natural opening of wounds or roots, and when the roots grow horizontally in the sack, they infect the throat tissue, blocking the flow of water from the vascular system of susceptible plants. To control this deadly disease, seed companies are putting a lot of effort into screening and breeding resistant tomatoes. Conventional screening and breeding methods based on phenotypes have disadvantages that require a lot of time and money, and many studies have been conducted to improve the screening efficiency using DNA molecular markers.
DNA 분자 마커는 생물종의 유전체상에서 다형성(polymorphism) 여부를 판단할 수 있는 특정 염기서열 단편으로 표현형 기반의 방법에 비해 재배환경 및 작물의 생장단계에 영향을 받지 않아 신속하고 정확도가 높다는 장점이 있다. 토마토의 경우, 다수 병에 대한 저항성 개체를 선발하기 위한 분자 마커 개발을 통한 MAS(Marker Assisted Selection) 기술의 요구도가 높으며, 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만 기존에 개발된 풋마름병 저항성에 대한 분자 마커는 육종 현장에서 제한적으로 활용되고 있어, 신규한 저항성 유전자 발굴 및 분자 마커 개발 연구가 필요한 실정이다.The DNA molecule marker is a specific sequencing fragment capable of determining polymorphism on the genome of a species, and has the advantage of being fast and accurate because it is not affected by the cultivation environment and the growth stage of the crop compared to the phenotype-based method. . In the case of tomatoes, there is a high demand for Marker Assisted Selection (MAS) technology through the development of molecular markers to select individuals resistant to multiple diseases, and research is actively being conducted. However, the molecular markers for the resistance to foot disease developed in the past are being used in a limited way in the breeding field, so it is necessary to discover new resistance genes and develop molecular markers.
본 발명은 토마토 풋마름병 저항성 마커를 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a tomato foot disease resistance marker.
본 발명의 다른 목적은 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 조성물을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a composition for selecting a tomato foot blight resistant individual.
본 발명의 또 다른 목적은 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 키트를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a kit for selecting a tomato foot blight resistant individual.
본 발명의 또 다른 목적은 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method for selecting a tomato foot disease-resistant individual.
1. 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드에서 231번째 염기가 C 또는 T이고, 상기 231번째 염기를 포함하는 10 내지 450 개의 연속적인 염기로 구성되는 폴리뉴클레오타이드 또는 이에 상보적인 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 마커.1. In the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, the 231st base is C or T, and the polynucleotide composed of 10 to 450 consecutive bases containing the 231st base or a polynucleotide complementary thereto Tomato foot disease resistance marker.
2. 위 1에 있어서, 상기 231번째 염기가 T인 경우 토마토 풋마름병 저항성 토마토인 것으로 판별하는 것인 토마토 풋마름병 저항성 마커.2. In the above 1, when the 231st base is T, the tomato foot disease resistance marker is to be determined to be tomato foot disease resistance tomato.
3. 위 1의 마커를 증폭시킬 수 있는 제제를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 조성물.3. Composition for selecting a tomato foot disease-resistant individual comprising an agent capable of amplifying the marker of 1 above.
4. 위 3에 있어서, 상기 제제는 서열번호 2 및 서열번호 3의 폴리뉴클레오타이드로 이루어지는 프라이머 세트인 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 조성물.4. The composition of 3 above, wherein the agent is a primer set consisting of the polynucleotides of SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, and tomato foot blight resistance.
5. 위 3에 있어서, 서열번호 4의 염기서열로 구성되는 폴리뉴클레오타이드 내에서 241번째 염기가 C 또는 T이고, 상기 241번째 염기를 포함하는 10 내지 450 개의 연속적인 염기로 구성되는 폴리뉴클레오타이드 또는 이에 상보적인 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 제2 마커를 증폭시킬 수 있는 제제를 더 포함하는 풋마름병 저항성 개체 선별용 조성물.5. In the above 3, in the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, the 241 base is C or T, and the polynucleotide consisting of 10 to 450 consecutive bases including the 241 base or the same A composition for screening a foot disease-resistant individual, further comprising an agent capable of amplifying a tomato foot disease-resistant second marker comprising a complementary polynucleotide.
6. 위 5에 있어서, 상기 제2 마커를 증폭시킬 수 있는 제제는 서열번호 5 및 서열번호 6의 폴리뉴클레오타이드로 이루어지는 프라이머 세트인 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 조성물.6. The composition of 5 above, wherein the agent capable of amplifying the second marker is a primer set consisting of polynucleotides of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6, and tomato foot blight resistance.
7. 위 3의 조성물을 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 키트.7. A kit for screening tomato foot disease-resistant individuals comprising the composition of the above 3.
8. 토마토 시료에서 분리된 DNA로부터 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드 또는 이의 상보적인 폴리뉴클레오타이드의 SNP를 포함하는 제1 다형성 부위를 증폭시키는 단계; 및 상기 증폭된 제1 다형성 부위의 염기를 결정하는 단계를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법.8. Amplifying a first polymorphic site comprising SNP of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a complementary polynucleotide thereof from DNA isolated from a tomato sample; And determining the base of the amplified first polymorphic site.
9. 위 8에 있어서, 상기 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T인 경우 풋마름병 저항성 토마토인 것으로 판별하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법.9. In the above 8, when the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T, tomato foot disease resistance individual screening method to determine that it is a foot disease resistant tomato.
10. 위 8에 있어서, 상기 DNA로부터 서열번호 4의 염기 서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드 또는 이의 상보적인 폴리뉴클레오타이드의 SNP 를 포함하는 제2 다형성 부위를 증폭시키는 단계; 및 상기 증폭된 제2 다형성 부위의 염기를 결정하는 단계를 더 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법.10. The method of 8 above, amplifying a second polymorphic site comprising SNP of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a complementary polynucleotide thereof from the DNA; And determining the base of the amplified second polymorphic site.
11. 위 10에 있어서, 상기 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T이고, 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기가 T이면, 둘 중 하나가 T인 경우보다 풋마름병 저항성이 높은 것으로 판단하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법.11. In the above 10, when the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T, and the 241th base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 is T, it is said that one of the two has higher foot disease resistance than T Judging how to judge tomato foot disease resistant individuals.
본 발명은 토마토 풋마름병 저항성 마커 및 이를 증폭시킬 수 있는 제제를 포함하는 조성물에 관한 것으로, 풋마름병 저항성을 가지는 토마토 선별 및 육종을 위해 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a composition comprising a tomato foot disease resistance marker and an agent capable of amplifying it, and can be usefully used for selecting and breeding tomatoes having foot disease resistance.
도 1은 토마토 모종에서 풋마름병의 중증도를 단계별로 나타낸다.
도 2는 1차 분석 및 2차 분석을 통해 확인한 192점 토마토의 풋마름병 중증도의 빈도 분포를 나타낸다.
도 3은 모집단의 구조 평가를 위한 베이지안 클러스터링 분석(Bayesian clustering analysis) 결과를 나타낸다.
도 4는 192 점 토마토에서 추정된 모집단의 구조를 나타낸다.
도 5는 1차 분석 및 2차 분석을 통해 확인한 게놈 SNPs와 풋마름병 저항성간의 연관성을 보여주는 멘하탄 플롯 (Manhattan plots)을 나타낸다.
도 6은 12개의 염색체에 걸친 풋마름병 저항성에 대한 QTL 후보군의 물리적 지도 위치를 나타낸다.
도 7은 풋마름병 저항성과 연관된 SNPs인 sjs2705, sjs2707 및 sjs7794 에서 유리한 대립 유전자를 확인한 데이터를 나타낸다.
도 8은 F1 토마토 품종에 대한 3 가지 CAPS 마커 sjs2705 (SspI), sjs2707 (BfaI) 및 sjs7794 (BsaAI) 유전자형을 보여주는 아가로오스 겔을 나타낸다.1 shows the step-by-step severity of foot disease in tomato seedlings.
Figure 2 shows the frequency distribution of the foot disease severity of 192 points tomato confirmed through the first analysis and the second analysis.
3 shows the results of Bayesian clustering analysis for evaluating the structure of a population.
4 shows the structure of the population estimated at 192 point tomatoes.
Figure 5 shows the Manhattan plots (Manhattan plots) showing the association between genomic SNPs and foot blight resistance confirmed through the primary analysis and secondary analysis.
6 shows the physical map location of QTL candidates for foot blight resistance across 12 chromosomes.
7 shows data confirming alleles favorable to SNPs sjs2705, sjs2707 and sjs7794 associated with foot blight resistance.
8 shows agarose gels showing the three CAPS markers sjs2705 (SspI), sjs2707 (BfaI) and sjs7794 (BsaAI) genotypes for the F1 tomato variety.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드에서 SNP(single nucleotide polymorphism) 위치 (서열번호 1의 231번째) 염기를 포함하는 5개 이상의 연속된 뉴클레오타이드로 구성되는 폴리뉴클레오타이드 또는 이에 상보적인 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 마커를 제공한다. The present invention is a polynucleotide consisting of five or more consecutive nucleotides comprising a single nucleotide polymorphism (SNP) position (231st of SEQ ID NO: 1) base in a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a polynucleotide complementary thereto It provides a tomato foot disease resistance marker comprising a.
서열번호 1의 서열은 하기와 같고, 본 명세서에서는 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드에서 SNP 위치의 염기를 Y로 표현하였다: GCTACAGGAGGAGGACAACTTCGTTTGTTTGTAGTTTTCAACAAAGGGTTGGCTCTTTCGGCAGATGTCCTGACAGTAACTTCCGCAACTTGTTGAGCAGGTTTTGGCAAGTGCTTCTCTTTGGATACTGATATTTCACCTTGCACACCCTTTTTAGACAATCTAATTCTGATAATGCTACCTATTGTCGAGCAGCAAAACTTCAGATTAGCAACAGATAAAACATAACAYTAGACCAAAATAGTAAGTATTATATATAAAGGGAAAGAACTACCATGCGCCTGTATGCCACCTCGTGAAGGTGAAGGTGAAGTAGGCCTCTTCCTTTTATTACTGTTCTGGGTGCTGTCGGATGAGCAGCTGGAATTCTGTGAACACACAGCAGGCTCATGTTCCTCAGTGAGATTGCTCCTCTCCAACTGCTCAGGTTCA (서열번호 1). Sequence of SEQ ID NO: 1 are as follows, in this specification expressed in a polynucleotide of SEQ ID NO: 1, the nucleotide of the SNP position to Y: GCTACAGGAGGAGGACAACTTCGTTTGTTTGTAGTTTTCAACAAAGGGTTGGCTCTTTCGGCAGATGTCCTGACAGTAACTTCCGCAACTTGTTGAGCAGGTTTTGGCAAGTGCTTCTCTTTGGATACTGATATTTCACCTTGCACACCCTTTTTAGACAATCTAATTCTGATAATGCTACCTATTGTCGAGCAGCAAAACTTCAGATTAGCAACAGATAAAACATAACAYTAGACCAAAATAGTAAGTATTATATATAAAGGGAAAGAACTACCATGCGCCTGTATGCCACCTCGTGAAGGTGAAGGTGAAGTAGGCCTCTTCCTTTTATTACTGTTCTGGGTGCTGTCGGATGAGCAGCTGGAATTCTGTGAACACACAGCAGGCTCATGTTCCTCAGTGAGATTGCTCCTCTCCAACTGCTCAGGTTCA (SEQ ID NO: 1).
본 발명의 마커를 토마토 풋마름병 저항성 선별에 사용할 수 있는 것은 토마토의 서열 중 서열번호 1로 표시되는 염기서열에서 231번째 염기(Y)가 C 또는 T로 다르게 나타나는 것에 근거한 것이다. 예를 들어, 서열번호 1의 231번째 뉴클레오타이드에 해당하는 SNP 위치의 염기(Y)는 C 또는 T로 염기 다형성(polymorphism)을 나타내는데, SNP 위치의 염기(Y)가 T인 유전자형을 가지는 개체를 토마토 풋마름병 저항성 개체로 판단할 수 있으며, SNP 위치의 염기(Y)가 C인 유전자형을 가지는 품종은 토마토 풋마름병 감수성 품종으로 판단할 수 있다.The marker of the present invention can be used for tomato foot disease resistance screening is based on that the 231st base (Y) in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 of the tomato sequence is differently represented by C or T. For example, the base (Y) of the SNP position corresponding to the 231 nucleotide of SEQ ID NO: 1 represents base polymorphism in C or T, and a tomato having a genotype where the base (Y) of the SNP position is T is tomato. It can be determined as a foot disease-resistant individual, and a variety having a genotype with a base (Y) C of the SNP position can be determined as a tomato foot disease-sensitive variety.
용어 "마커"는 유전적으로 불특정 연관된 유전자좌를 동정할 때 참고점으로 사용되는 염기서열을 말하며, 마커(molecular marker)의 유전자 지도상의 위치는 유전자좌(genetic locus) 또는 좌위로 일컬어진다.The term "marker" refers to a nucleotide sequence used as a reference point when identifying genetically unspecified associated loci, and a position on a genetic map of a marker is referred to as a genetic locus or locus.
본 발명에서 제공되는 마커는 제한 증폭 다형성 서열 마커일 수 있다. The marker provided in the present invention may be a restriction amplification polymorphic sequence marker.
용어 "제한 증폭 다형성 서열(Cleaved amplified polymorphic sequence; CAPS) 마커"는 SNP처럼 한 개의 염기서열이 변하거나 InDel에 의해 발생하는 제한효소에 의해 잘리는 부위의 변화를 해석할 수 있는 마커이다. CAPS 마커는 유전자좌에 특이적인 프라이머로 PCR 증폭을 한 후 제한효소로 잘라준 뒤 나타나는 다형성을 분석하는 방법이다.The term "Cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS) marker" is a marker capable of interpreting a change in a site cut by a restriction enzyme generated by InDel or a single nucleotide sequence like SNP. The CAPS marker is a method for analyzing polymorphism after PCR amplification with primers specific to the locus, followed by restriction enzyme digestion.
또한, 본 발명은 서열번호 4의 염기서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드에서 SNP(single nucleotide polymorphism) 위치 (서열번호 4의 241번째) 염기를 포함하는 5개 이상의 연속된 뉴클레오타이드로 구성되는 폴리뉴클레오타이드 또는 이에 상보적인 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 마커를 제공한다.In addition, the present invention is a polynucleotide consisting of 5 or more consecutive nucleotides comprising a single nucleotide polymorphism (SNP) position (241 th of SEQ ID NO: 4) base in a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or complementary thereto Tomato foot blight resistance markers comprising polynucleotides are provided.
서열번호 4의 서열은 하기와 같으며, 본 명세서에서는 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드에서 SNP 위치의 염기를 Y로 표현하였다: TGCTGCTTGCCTTTCTGACTGGAGTATGGAAGGTAAGTTGTTTTCTGTCACTATTAATCAACCGTTGGGTGATGCTTCTGTTGATAATCTTAGAGCTTTACTATCTGTGAAGAACCCTCTTGTGCTCAACGGTCAGTTGTTGGTCGGAAGTTGTCTTGCTCGAACTTTAAGCAGCATTGCCCAAGGTGCATTTAATTTTTTGCATGAAACTGTTAAGAAAGTAAGAGATAGCGTCAAGTAYGTGAAAACATCAGAATTTCACGAGGAAAAGTTTATTGAGCTCAAACAGCAGCTTCAAGTGCCAAGCACAAAGACTTTGGCTCTTGATGACCAGACTCAATGGAACACCACATATGAGATGTTGTTAGCTGCATCAGAGTTAAAGGAAGTGTTTTCATGCTTGGATACATCTGATCCCGATTACAAGGATGCCC (서열번호 4).Was sequence of SEQ ID NO: 4 is equal to, in this specification expressed in a polynucleotide of SEQ ID NO: 4 with a base of the SNP position to Y: TGCTGCTTGCCTTTCTGACTGGAGTATGGAAGGTAAGTTGTTTTCTGTCACTATTAATCAACCGTTGGGTGATGCTTCTGTTGATAATCTTAGAGCTTTACTATCTGTGAAGAACCCTCTTGTGCTCAACGGTCAGTTGTTGGTCGGAAGTTGTCTTGCTCGAACTTTAAGCAGCATTGCCCAAGGTGCATTTAATTTTTTGCATGAAACTGTTAAGAAAGTAAGAGATAGCGTCAAGTAYGTGAAAACATCAGAATTTCACGAGGAAAAGTTTATTGAGCTCAAACAGCAGCTTCAAGTGCCAAGCACAAAGACTTTGGCTCTTGATGACCAGACTCAATGGAACACCACATATGAGATGTTGTTAGCTGCATCAGAGTTAAAGGAAGTGTTTTCATGCTTGGATACATCTGATCCCGATTACAAGGATGCCC (SEQ ID NO: 4).
상기 마커를 토마토 풋마름병 저항성 선별에 사용할 수 있는 것은 토마토의 서열 중 서열번호 4로 표시되는 염기서열에서 241번째 염기(Y)가 C 또는 T로 다르게 나타나는 것에 근거한 것이다. 예를 들어, 서열번호 4의 241번째 뉴클레오타이드에 해당하는 SNP 위치의 염기(Y)는 C 또는 T로 염기 다형성(polymorphism)을 나타내는데, SNP 위치의 염기(Y)가 T인 유전자형을 가지는 개체를 토마토 풋마름병 저항성 개체로 판단할 수 있으며, SNP 위치의 염기(Y)가 C인 유전자형을 가지는 품종은 토마토 풋마름병 감수성 품종으로 판단할 수 있다.The use of the marker for tomato foot disease resistance screening is based on the fact that the 241st base (Y) in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 4 among the sequences of tomatoes is differently represented by C or T. For example, the base (Y) of the SNP position corresponding to the 241 nucleotide of SEQ ID NO: 4 represents base polymorphism in C or T, and a tomato having an genotype where the base (Y) of the SNP position is T is tomato. It can be determined as a foot disease-resistant individual, and a variety having a genotype with a base (Y) C of the SNP position can be determined as a tomato foot disease-sensitive variety.
본 발명에서 제공되는 마커를 이용하면 보다 풋마름병 저항성이 높은 개체를 선별할 수 있으며, 보다 정확하고 효과적으로 풋마름병 저항성 개체를 선별할 수 있다.The markers provided in the present invention can be used to select individuals with higher foot blight resistance, and more accurately and effectively can select individuals with foot blight resistance.
용어 "다형성(polymorphism)"은 하나의 유전자 좌위(locus)에 두 종류 이상의 대립 유전자(allele)가 존재하는 경우를 의미하며, 다형성 중에서 개체에 따라 단일 염기만이 차이가 있는 것을 단일 염기 다형성(single nucleotide polymorphism; SNP)이라 한다.The term "polymorphism" means a case where two or more alleles exist in one locus, and single polymorphism (single) in which only a single base differs among individuals among polymorphisms It is called nucleotide polymorphism (SNP).
용어 "대립 유전자(allele)"는 상동염색체의 동일한 유전자좌에 존재하는 한 종류의 유전자의 여러 타입을 의미한다.The term "allele" refers to several types of genes of one kind that exist at the same locus of the homologous chromosome.
본 발명의 마커는 서열번호 1의 SNP 위치의 염기를 포함하는 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드 전체 또는 일부 폴리뉴클레오타이드일 수 있다. 상기 폴리뉴클레오타이드는 10 내지 450개의 연속된 뉴클레오타이드 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The marker of the present invention may be all or part of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 including the base of the SNP position of SEQ ID NO: 1. The polynucleotide may be 10 to 450 consecutive nucleotides, but is not limited thereto.
용어, "뉴클레오타이드"는 단일 가닥 또는 이중 가닥 형태로 존재하는 디옥시리보뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드이며, 특별하게 다르게 언급되어 있지 않은 한 자연의 뉴클레오타이드의 유사체를 포함한다.The term "nucleotide" is a deoxyribonucleotide or ribonucleotide present in single-stranded or double-stranded form and includes analogues of natural nucleotides unless specifically stated otherwise.
용어 “풋마름병 (Bacterial wilt)”은 막대 모양의 토양 매개 그람 음성세균인 랄스토니아 솔라나세아룸(Ralstonia solanacearum) 에 의해 유발되는 질병이며, 청고병이라고도 알려져있다. 풋마름병을 유발하는 병원균은 상처 또는 뿌리의 자연적 개방을 통해 토마토에 침입하고, 뿌리가 자루에서 수평으로 자라면 도관부 조직을 감염시켜 감수성 식물의 혈관 시스템에서 물의 흐름을 막아 식물이 빠르게 시들어간다.The term “Bacterial wilt” is a disease caused by rod-shaped soil-borne Gram-negative bacteria, Ralstonia solanacearum , also known as Cheong-O-Go. Pathogens that cause foot blight invade tomatoes through natural openings of wounds or roots, and when the roots grow horizontally in the sack, they infect conduit tissues, blocking the flow of water in the vascular system of susceptible plants, causing the plants to quickly wither.
용어, “저항성”은 외부의 스트레스에 대해 견디는 성질을 의미하며, 구체적으로 질병 등의 감염에 내성을 가지거나, 해충 등의 피해를 견디는 성질을 의미한다.The term “resistance” refers to a property that withstands external stress, and specifically refers to a property that is resistant to infections such as diseases or to endure damages such as pests.
용어 "개체"는 토마토 풋마름병 저항성을 확인하고자 하는 대상인 토마토를 의미하며, 상기 토마토로부터 얻어진 검체를 이용하여, 상기 마커의 유전자형을 분석함으로써 상기 토마토 풋마름병 저항성이 있는 토마토를 판단할 수 있다. 상기 검체로는 잎, 뿌리, 줄기, 꽃, 열매, 분리된 조직, 또는 분리된 세포와 같은 시료 등이 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The term “individual” refers to a tomato that is an object to be identified for tomato foot disease resistance, and by using a sample obtained from the tomato, the genotype of the marker can be analyzed to determine the tomato having tomato foot disease resistance. The sample may be a sample such as a leaf, a root, a stem, a flower, a fruit, an isolated tissue, or an isolated cell, but is not limited thereto.
또한, 본 발명은 본 발명의 마커를 증폭시킬 수 있는 제제를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 조성물을 제공한다. In addition, the present invention provides a composition for selecting tomato foot disease-resistant individuals comprising an agent capable of amplifying the marker of the present invention.
용어 "마커를 증폭시킬 수 있는 제제"는 증폭을 통해 다형성 부위 (polymorphic site)를 확인하여 토마토 풋마름병 저항성 토마토를 판별할 수 있는 조성물을 의미한다. The term "an agent capable of amplifying a marker" refers to a composition capable of discriminating tomato foot disease-resistant tomatoes by identifying a polymorphic site through amplification.
용어 "다형성 부위(polymorphic site)" 는 다형성이 나타난 염기의 위치를 의미하며, 본 명세서에서는 다형성이 나타난 위치에 존재하는 염기와 혼용하여 사용될 수 있다.The term "polymorphic site" refers to the position of the base where the polymorphism appears, and may be used interchangeably with the base present at the position where the polymorphism appears.
본 발명의 마커를 증폭시킬 수 있는 제제는 프라이머 세트일 수 있다.The agent capable of amplifying the marker of the present invention may be a primer set.
용어 "프라이머"는 짧은 자유 3' 말단 수산화기(free 3' hydroxyl group)를 가지는 염기 서열로, 주형(template)과 염기쌍(base pair)을 형성할 수 있고 주형 가닥 복사를 위한 시작 지점으로 기능을 하는 짧은 서열을 의미하며, 주로 특정 구간을 증폭하는 프라이머 세트의 형태로 사용된다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응을 위한 시약 (예를 들어, DNA 폴리머레이즈 또는 역전사효소) 및 상이한 4가지 뉴클레오사이드 트리포스페이트의 존재하에서 DNA 합성을 개시할 수 있다. 프라이머는 DNA 합성의 개시점으로 작용하는 프라이머의 기본 성질을 변화시키지 않는 추가의 특징을 혼입할 수 있다. 프라이머의 적합한 길이는 사용하고자 하는 프라이머의 특성에 의해 결정되며, 통상적으로 15 내지 30bp의 길이로 사용하나, 이에 제한되지 않는다. 프라이머는 주형의 염기 서열과 정확하게 상보적일 필요는 없지만, 주형과 혼성복합체(hybrid-complex)를 형성할 수 있을 정도로 상보적이어야 한다.The term "primer" is a base sequence with a short free 3'hydroxyl group, capable of forming a template and a base pair and serving as a starting point for template strand copying. It means a short sequence and is mainly used in the form of a primer set that amplifies a specific section. Primers can initiate DNA synthesis in the presence of reagents (eg, DNA polymerase or reverse transcriptase) for polymerization at appropriate buffers and temperatures and four different nucleoside triphosphates. Primers can incorporate additional features that do not change the basic properties of the primer, which serves as the starting point for DNA synthesis. The suitable length of the primer is determined by the properties of the primer to be used, and is typically 15 to 30 bp in length, but is not limited thereto. The primer need not be exactly complementary to the base sequence of the template, but must be complementary enough to form a hybrid-complex with the template.
본 발명의 상기 마커를 증폭시킬 수 있는 프라이머 세트는 서열번호 2 및 서열번호 3의 폴리뉴클레오타이드로 이루어지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 서열번호 2로 표시된 폴리뉴클레오타이드는 정방향 프라이머이며, 상기 서열번호 3으로 표시된 폴리뉴클레오타이드는 역방향 프라이머이다.The primer set capable of amplifying the marker of the present invention may be made of polynucleotides of SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, but is not limited thereto. The polynucleotide represented by SEQ ID NO: 2 is a forward primer, and the polynucleotide represented by SEQ ID NO: 3 is a reverse primer.
서열번호 2의 염기서열은 다음과 같다: GCTACAGGAGGAGGACAACTTC (서열번호 2).The base sequence of SEQ ID NO: 2 is as follows: GCTACAGGAGGAGGACAACTTC (SEQ ID NO: 2).
서열번호 3의 염기서열은 다음과 같다: TGAACCTGAGCAGTTGGAGAG (서열번호 3).The base sequence of SEQ ID NO: 3 is as follows: TGAACCTGAGCAGTTGGAGAG (SEQ ID NO: 3).
또한, 본 발명에서 제공되는 풋마름병 저항성 토마토를 판별할 수 있는 조성물은, 서열번호 4의 염기서열로 구성되는 폴리뉴클레오타이드 내에서 241번째 염기가 C 또는 T이고, 상기 241번째 염기를 포함하는 5 내지 200 개의 연속적인 염기로 구성되는 폴리뉴클레오타이드 또는 이에 상보적인 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 제2 마커를 증폭시킬 수 있는 제제를 더 포함할 수 있다.In addition, the composition capable of discriminating the foot disease-resistant tomato provided in the present invention is 5 to 24 in the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, the C or T, and the 241 th base contains the 5 to It may further include an agent capable of amplifying a tomato foot disease resistance second marker comprising a polynucleotide composed of 200 consecutive bases or a complementary polynucleotide.
상기 제2 마커를 증폭시킬 수 있는 제제는 서열번호 5 및 서열번호 6의 폴리뉴클레오타이드로 이루어지는 것 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 서열번호 5로 표시된 폴리뉴클레오타이드는 정방향 프라이머이며, 상기 서열번호 6으로 표시된 폴리뉴클레오타이드는 역방향 프라이머이다.The agent capable of amplifying the second marker may be composed of polynucleotides of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6, but is not limited thereto. The polynucleotide represented by SEQ ID NO: 5 is a forward primer, and the polynucleotide represented by SEQ ID NO: 6 is a reverse primer.
서열번호 5의 염기서열은 다음과 같다: TGCTGCTTGCCTTTCTGACT (서열번호 5).The base sequence of SEQ ID NO: 5 is as follows: TGCTGCTTGCCTTTCTGACT (SEQ ID NO: 5).
서열번호 6의 염기서열은 다음과 같다: GGGCATCCTTGTAATCGGGA (서열번호 6).The base sequence of SEQ ID NO: 6 is as follows: GGGCATCCTTGTAATCGGGA (SEQ ID NO: 6).
나아가, 본 발명은 상기 조성물을 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별용 키트를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a kit for selecting a tomato foot disease-resistant individual comprising the composition.
본 발명의 키트는 전술한 마커를 증폭시킬 수 있는 제제를 포함하는 조성물; 상기 증폭을 위한 시약; 및 제한효소를 포함하는 키트일 수 있다. 상기 증폭을 위한 시약은 dNTPs, DNA 폴리머라아제 및 버퍼를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 dNTPs는 dATP, dCTP, dGTP, dTTP를 포함하며, DNA 폴리머라아제는 내열성 DNA 중합효소로서 Taq DNA 폴리머라아제, Tth DNA 폴리머라아제 등 시판되는 폴리머라아제를 이용할 수 있다. 상기 제한효소는 BfaI 또는 BsaAI 중 하나 이상 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The kit of the present invention comprises a composition comprising an agent capable of amplifying the aforementioned marker; Reagents for the amplification; And it may be a kit containing a restriction enzyme. Reagents for the amplification may include dNTPs, DNA polymerase and buffer, but are not limited thereto. The dNTPs include dATP, dCTP, dGTP, dTTP, and the DNA polymerase may be a commercially available polymerase such as Taq DNA polymerase, Tth DNA polymerase, etc. as a heat-resistant DNA polymerase. The restriction enzyme may be one or more of BfaI or BsaAI, but is not limited thereto.
본 발명의 키트는 최적의 반응 수행 조건을 기재한 사용자 안내서를 추가로 포함할 수 있다. 안내서는 키트 사용법, 예를 들면, PCR 완충액 제조 방법, 제시되는 반응 조건 등을 설명하는 인쇄물일 수 있다. 안내서는 팜플렛 또는 전단지 형태의 안내 책자, 키트에 부착된 라벨 및 키트를 포함하는 패키지의 표면상에 설명을 포함할 수 있다. 또한, 안내서는 인터넷과 같이 전기 매체를 통해 공개되거나 제공되는 정보를 포함할 수 있다.The kit of the present invention may further include a user guide describing optimal conditions for performing the reaction. The guide may be a printout explaining how to use the kit, for example, how to prepare a PCR buffer, the reaction conditions presented, and the like. The guide may include a brochure or leaflet, a label attached to the kit, and a description on the surface of the package containing the kit. In addition, the handbook may include information disclosed or provided through an electric medium such as the Internet.
본 발명은 i) 토마토 시료에서 분리된 DNA로부터 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드 또는 이의 상보적인 폴리뉴클레오타이드의 SNP를 포함하는 제1 다형성 부위(polymorphic site)를 증폭시키는 단계; 및 ii) 상기 증폭된 제1 다형성 부위의 염기를 결정하는 단계를 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법을 제공한다. 상기 제1 다형성 부위는 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 폴리펩타이드의 231번째 염기일 수 있다.The present invention comprises the steps of i) amplifying a first polymorphic site comprising the SNP of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a complementary polynucleotide thereof from DNA isolated from a tomato sample; And ii) determining the base of the amplified first polymorphic site. The first polymorphic site may be the 231st base of the polypeptide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
상기 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법은, 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T인 경우 토마토 풋마름병 저항성 토마토인 것으로 선별하는 것일 수 있다.The method for selecting a tomato foot disease-resistant individual may be selected as a tomato foot disease-resistant tomato when the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T.
또한, 본 발명은 전술한 i) 및 ii) 단계 외에도, iii) 상기 토마토 시료에서 분리된 DNA로부터 서열번호 4의 염기 서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드 또는 이의 상보적인 폴리뉴클레오타이드의 SNP를 포함하는 제2 다형성 부위(polymorphic site)를 증폭시키는 단계; 및 iv) 상기 제2 다형성 부위의 염기를 결정하는 단계를 더 포함하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법을 제공한다. 상기 제2 다형성 부위는 서열번호 4의 염기서열로 이루어진 폴리펩타이드의 241번째 염기일 수 있다. In addition, the present invention, in addition to the steps i) and ii) described above, iii) a second polymorphic site comprising the SNP of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 from the DNA isolated from the tomato sample or a complementary polynucleotide thereof amplifying (polymorphic site); And iv) determining the base of the second polymorphic site. The second polymorphic site may be the 241st base of the polypeptide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:4.
상기 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법은, 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기가 T인 경우 토마토 풋마름병 저항성 토마토인 것으로 판별하는 것일 수 있다.The method for selecting a tomato foot disease-resistant individual may be determined to be a tomato foot disease-resistant tomato when the 241st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 is T.
나아가, 본 발명은 상기 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T이고, 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기가 T이면, 상기 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기 또는 상기 서열번호 4의 241번째 염기 중 하나가 T인 경우 보다 풋마름병 저항성이 높은 것으로 판단하는 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법을 제공한다.Furthermore, in the present invention, when the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T, and the 241st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 is T, the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 or the SEQ ID NO: 4 Provides a method for selecting a tomato foot disease-resistant individual, which determines that one of the 241st bases of T has higher foot disease resistance than T.
구체적으로 설명하면, 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법으로 상기 i) 단계 및 상기 ii) 단계 외에도 상기 iii) 및 상기 iv) 단계를 더 포함시키면, 상기 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T이고 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기도 T인 토마토 풋마름병 저항성 개체를 선별할 수 있다. 전술한 선별 방법에 의해 선별된 개체가 상기 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T이고 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기도 T인 개체인 경우, 상기 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기 또는 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기 중 하나가 T인 개체 보다 토마토 풋마름병 저항성이 2배 이상 높은 것으로 판단할 수 있다.Specifically, in addition to the steps i) and ii) as a method of selecting a tomato foot disease-resistant individual, further comprising steps iii) and iv), the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T A tomato foot disease-resistant individual having a 241th basicity T of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 can be selected. When the individual selected by the above-described screening method is an individual in which the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T and the 241st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 is also T, the 231th of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 It can be determined that tomato foot disease resistance is more than twice as high as that of an individual whose base or one of the 241 bases of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 is T.
상기 i) 단계 또는 iii) 단계의 DNA로부터 다형성 부위를 증폭시키는 단계는 당업자에게 알려진 어떠한 방법이든 사용 가능하다. 예를 들어, 중합효소연쇄반응(PCR), 리가아제 연쇄반응(ligase chain reaction), 핵산 서열 기재 증폭(nucleic acid sequence-based amplification), 전사 기재 증폭 시스템(transcription-based amplification system), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification) 또는 Qβ 복제효소(replicase)를 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The step of amplifying the polymorphic site from the DNA of step i) or step iii) can be any method known to those skilled in the art. For example, polymerase chain reaction (PCR), ligase chain reaction, nucleic acid sequence-based amplification, transcription-based amplification system, strand substitution amplification (strand displacement amplification) or Qβ replication enzyme (replicase) may be used, but is not limited thereto.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present invention.
[실시예][Example]
본 발명자들은 토마토에서 풋마름병 저항성 양적 형질 유전자좌(qualitative trait loci; QTL)를 확인하였고, 상기 QTL과 연관된 마커를 SNP로부터 유래된 마커를 개발하였다.The inventors have identified a qualitative trait loci (QTL) against foot disease resistance in tomatoes, and developed a marker derived from SNP for the marker associated with the QTL.
용어 "양적 형질 유전자좌(qualitative trait loci; QTL)"는 양적형질에 연관(association)되어 영향을 끼치는 유전체의 지역으로, 한 개의 형질에 영향을 끼치는 다수 유전자들, 또는 이들 유전자들에 강하게 연관(linkage)된 군집을 의미할 수 있다.The term “qualitative trait loci (QTL)” is a region of a genome that is influenced by association with quantitative traits, multiple genes affecting a single trait, or strongly linked to these genes ).
실험 재료Experimental material
전장유전체연관분석(GWAS; Genome-wide association study)을 위해 191점의 재배된 (S. lycopersicum) 토마토 accession(tomato accessions) 및 1점의 야생 (S. pimpinellifolium) 토마토로 구성된 맵핑 모집단(mapping population)을 사용하였다. 상기 토마토 중 98 점의 현대 토마토 육종 라인은 농촌 진흥청 (RDA)의 원예 및 한방 과학 연구소 (NIHHS)에서 수집하였다. 나머지 94 점의 토마토 생식질(germplasms)은 RDA의 National Agrobiodiversity Center(NAC), 미 농무부의 Germplasm Resources Information Network (GRIN), CM Rick Tomato Genetics Resource Center (TGRC), 및 세종 대학교에서 얻었다.A mapping population consisting of 191 cultivated ( S. lycopersicum ) tomato accession (tomato accessions) and 1 wild ( S. pimpinellifolium ) tomato for Genome-wide association study (GWAS). Was used. Of these tomatoes, 98 modern tomato breeding lines were collected from the RDA's Horticultural and Herbal Science Institute (NIHHS). The remaining 94 germplasms were obtained from RDA's National Agrobiodiversity Center (NAC), USDA's Germplasm Resources Information Network (GRIN), CM Rick Tomato Genetics Resource Center (TGRC), and Sejong University.
또한, 45 종의 상업용 F1 토마토 품종(cultivars) 집단(collection)을 사용하여 풋마름병의 유전자좌와 관련된 유전자 변이를 조사했다. 이 집단은 Nongwoo Bio, Koregon, Monsanto Korea, and Syngenta Korea 를 포함하는 대한민국의 15개 종자 회사로부터 유래되었다.In addition, a collection of 45 commercial F1 tomato cultivars was used to investigate genetic variation associated with the locus of foot disease. The group was derived from 15 seed companies in Korea, including Nongwoo Bio, Koregon, Monsanto Korea, and Syngenta Korea.
하기 표 1은 GWAS에 사용된 192점의 토마토의 리스트를 나타낸다.Table 1 below shows a list of 192 points of tomatoes used in GWAS.
하기 표 2는 CAPS 마커를 사용하여 풋마름병 유전자좌와 관련된 유전자 변이를 조사하는데 사용된 45점의 상용화된 F1 토마토의 리스트를 나타낸다. 하기 표 2의 “B blocking", "Cheonggang", 및 "Shincheonggang"은 풋마름병 저항성 품종이며 접목용 rootstock로서 사용된다. 또한, 하기 표 2에 표시된 H는 SNP의 이형 접합체 (heterozygote form, CT)를 나타내며, S는 SNP의 동형 접합체 (homozygote form, CC)를 나타낸다.Table 2 below shows a list of 45 commercially available F1 tomatoes used to investigate gene mutations related to foot disease loci using CAPS markers. “B blocking”, “Cheonggang”, and “Shincheonggang” of Table 2 below are foot blight resistant varieties and used as rootstock for grafting. In addition, H shown in Table 2 below shows heterozygote form (CT) of SNP. S is the homozygous form of SNP (homozygote form, CC).
실험 방법Experimental method
1. Genotyping-by-sequencing (GBS) 1. Genotyping-by-sequencing (GBS)
DNeasy Plant mini kit (QIAGEN, Germany)를 사용하여, 제조사의 프로토콜에 따라 192점의 토마토 accession의 3주된 모종에서 게놈 DNA를 추출했다. NanoDrop (Thermo Fisher Scientific, USA)을 사용하여 DNA 농도를 정량하고 라이브러리 구성을 위해 50ng/μl로 표준화했다.Using the DNeasy Plant mini kit (QIAGEN, Germany), genomic DNA was extracted from 3 week-old seedlings of 192 tomato accessions according to the manufacturer's protocol. DNA concentration was quantified using NanoDrop (Thermo Fisher Scientific, USA) and normalized to 50 ng/μl for library construction.
상기 정량화된 라이브러리는 HiSeq 2000 시스템 (Illumina Inc., San Diego, CA, USA)에서 시퀀싱되었다. 시퀀싱 결과 데이터는 바코드를 기반으로 디멀티플렉싱 되었고, SolxaQA v1.13 패키지(Cox et al., 2010)를 사용하여 저품질, 어댑터 및 바코드 시퀀스가 제외되도록 트리밍 되었다. 그 후, Burrows-Wheeler Aligner (BWA) v0.6.1-r104 프로그램 (Li & Durbin, 2009)을 reference genome assembly v2.50 (The Tomato Genome, 2012)에 정리 된 염기서열(cleaned read)을 맞추기 위해 적용했다. SAMtools v 0.1.16 (Li et al., 2009) 을 사용하여 raw SNP를 불러냈고, 맵핑 모집단 (mapping population) 의 SNP 행렬을 생성하였다. 추가 적용을 위해, 최소 깊이=5, 최소 대립 유전자 빈도(minor allele frequency)≥ 5%, 누락된 데이터(missing data)<20% 의 기준에 하에 SNPs를 명확화했다.The quantified library was sequenced in a HiSeq 2000 system (Illumina Inc., San Diego, CA, USA). The sequencing result data was demultiplexed based on barcode and trimmed to exclude low quality, adapter and barcode sequences using the SolxaQA v1.13 package (Cox et al., 2010). After that, the Burrows-Wheeler Aligner (BWA) v0.6.1-r104 program (Li & Durbin, 2009) was applied to align the cleaned reads in the reference genome assembly v2.50 (The Tomato Genome, 2012). did. Raw SNPs were loaded using SAMtools v 0.1.16 (Li et al., 2009), and SNP matrices of mapping populations were generated. For further application, SNPs were clarified under the criteria of minimum depth=5, minimum allele frequency≧5%, and missing data<20%.
2. 질병 평가 및 통계 분석2. Disease evaluation and statistical analysis
192점의 토마토 accession(192 tomato accessions)의 맵핑 모집단 유묘(seedling) 단계에서 풋마름병의 심각도를 2회 평가하였다. 또한, F1 토마토 재배 품종에 대한 풋마름병의 심각도를 1회 평가하였다.In the mapping seedling stage of 192 tomato accessions (192 tomato accessions), the severity of foot disease was evaluated twice. In addition, the severity of foot blight disease for F1 tomato-cultivated varieties was evaluated once.
맵핑 모집단에 대한 각 유전자형 마다 7개의 식물(7 plants/genotype)과 F1 품종에 대한 각 유전자형 마다 9개의 식물(9 plants/genotype)로 완전히 무작위로 디자인된 방법에 따라 온실에서 분석을 수행하였다.Analysis was conducted in a greenhouse according to a completely randomized design method with 7 plants (7 plants/genotype) for each genotype for the mapping population and 9 plants (9 plants/genotype) for each genotype for the F1 variety.
토마토 생식 질의 종자를 상업용 토양으로 채워진 6x12 화분(38cm3/ pot)의 플라스틱 트레이에 뿌리고, 22-30℃ 범위의 온도에서 키웠다. 종자에 매일 물을 뿌리고, Hyponx 6-10-5 (HYPONeX Japan Corp., LTD)를 사용하여 1 부터 5 까지 true leaf 단계에서 제조업체의 프로토콜에 따라 매주 수정시켰다.Tomato germ seeds were sown in plastic trays of 6x12 pots (38 cm 3 /pot) filled with commercial soil and grown at a temperature in the range of 22-30°C. Seeds were watered daily and fertilized weekly according to the manufacturer's protocol at 1 to 5 true leaf steps using Hyponx 6-10-5 (HYPONeX Japan Corp., LTD).
인공 접종(artificial inoculation)을 수행하기 위해, R. solanacearum (WR-1) race 1의 독성 균주를 NIHHS(RDA) 에 따라 제공하였다. 몇몇 박테리아 콜로니를 영양 한천 배지에서 쇠고기 추출물과 펩톤 (DifcoTM Nutrient Broth, Sparks, MD 21152 USA)의 액체 배지로 옮겼고, 28℃에서 약 48 시간 동안 shacking incubation 했다. 배지로부터 박테리아 덩어리를 수확하고 멸균된 이중 증류수에 넣어서 접종물(inoculum)을 준비했다. 그 결과 얻어진 현탁액을 광도계를 사용하여 O.D.600 = 0.3 ~ 0.4 (approximately 108 CFU ml-1)로 표준화 했다. 세균성 접종물에 뿌리 뽑힌 모종을 담그고 새로운 상업용 습지가 있는 별도의 플라스틱 화분(Ψ10 x 10cm))에 이식함으로써 인공 접종을 수행하였다. 감염된 식물을 온실 속에서 매일 물을 주며 키웠으며, 접종 후 14일 째 질병의 심각도를 시각적으로 평가했다. To perform artificial inoculation, a toxic strain of R. solanacearum (WR-1)
도 1은 질병의 심각도를 평가하는 척도를 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이, 질병의 심각도 점수를 1 에서 5 로 나누었으며, 1은 증상 없음, 2는 1 내지 2장의 잎이 시들음, 3은 3 또는 그 이상의 잎이 시들음, 4는 모든 잎이 시들음, 5는 식물이 마르거나 죽은 것을 나타낸다.1 shows a measure for assessing the severity of a disease. As shown in FIG. 1, the severity score of the disease was divided by 1 to 5, 1 is no symptom, 2 is 1 or 2 leaf wilted, 3 is 3 or more leaf wilted, 4 is all wilted , 5 indicates that the plant is dry or dead.
표현형 데이터를 수집하여, R 프로그램(Team, 2011)에서 데이터를 분석하였으며, 하기 방정식에 따라 각 증대의 평균 질병 등급을 계산 하였다: DR = (1n1 + 2n2 + 3n3 + 4n4 + 5n5)/N (n1 내지 n5는 1 내지 5의 상이한 질병 점수 각각에서의 식물의 수, N은 확인된 식물의 총 수). 표현형 데이터와 질병의 심각도의 빈도 분포를 R 프로그램에서 수행했다.Phenotypic data was collected, data was analyzed in the R program (Team, 2011), and the average disease class of each augmentation was calculated according to the following equation: DR = (1n 1 + 2n 2 + 3n 3 + 4n 4 + 5n 5 )/N (n 1 to n 5 is the number of plants at each of the different disease scores of 1 to 5, N is the total number of plants identified). Phenotypic data and frequency distribution of disease severity were performed in the R program.
3. 전장유전체연관분석 (GWAS)3. Electric Field Dielectric Linkage Analysis (GWAS)
마커-형질 연관을 이용하기 위해, 모집단 구조(Q 행렬)와 개체의 관련성 (Kinship matrix)을 모두 고려한 혼합 선형 모델 (MLM)을 the Tassel program v5.0 (Bradbury et al., 2007) 에서 적용하고 수행하였다.In order to use the marker-trait association, a mixed linear model (MLM) considering both the population structure (Q matrix) and the individual relationship (Kinship matrix) was applied in the Tassel program v5.0 (Bradbury et al., 2007). Was performed.
이 모델은 y = μ + Sα + Qv + Ku + ε로 표현되며, y는 표현형의 벡터, μ는 모집단 평균, α, v, u, 및 ε는 SNP 효과, 모집단 효과. 개별 관련성 및 잔여 벡터에 해당한다. S, Q, K는 마커 효과, 모집단 효과 (고정 효과), 혈연 관계 (랜덤 효과)의 발생 행렬이다. 모집단 구조는 Structure software v2.3.4 (Pritchard et al., 2000)에서 수행 된 Bayesian Markov Chain Monte Carlo 모델 (MCMC)을 사용하여 추정되었다. 부분 모집단 (k) (k는 1에서 10까지 설정)의 각 수에 대하여 5회의 실행이 수행되었다. Burn-in 시간과 MCMC 복제 수는 각 실행마다 10,000 및 75,000으로 각각 설정하였고, ad hoc statistic delta k 방법을 이용해 가장 좋은 k 값을 결정하였다. k 부분 모집단에 해당하는 Q 행렬을 얻었으며, kinship matrix(K)을 Tassel v5.0의 마커 데이터로부터 획득하였다. 두 행렬 모두를 MLM 모델에 맞추었고, 마커-형질 연관 분석으로부터 각 SNP에 대해 관찰 된 -log10(P)의 분포를 quantile-quantile plot(QQ plot)에서 null hypothesis의 예상 -log10(P)와 비교하였다. SNPs와 풋마름병 내성 사이의 중요한 관련성을 P-value=0.001 에서 -log10(P)의 임계 값에 기반을 두고 맨해튼 플롯 (Manhattan plots)에 의해 시각화하였다. 임계 선 위의 value는 작은 P-value를 나타냈고, 중요한 연관성으로 고려되었다. R 프로그램 (Team, 2011)에서 "qqman" 및 "manhattan" 패키지를 사용하여, QQ 플롯 및 맨하탄 플롯을 완성했다.This model is expressed as y = μ + Sα + Qv + Ku + ε, y is the vector of the phenotype, μ is the population mean, α, v, u, and ε are SNP effects, population effects. Corresponds to individual relevance and residual vectors. S, Q, and K are matrixes of marker effects, population effects (fixed effects), and blood relations (random effects). The population structure was estimated using the Bayesian Markov Chain Monte Carlo model (MCMC) performed in Structure software v2.3.4 (Pritchard et al., 2000). Five runs were performed for each number of subpopulations (k) (k set from 1 to 10). The burn-in time and the number of MCMC copies were set to 10,000 and 75,000 for each run, respectively, and the best k value was determined using the ad hoc statistic delta k method. The Q matrix corresponding to the k subpopulation was obtained, and the kinship matrix (K) was obtained from the marker data of Tassel v5.0. Both matrices were fitted to the MLM model, and the distribution of -log 10 (P) observed for each SNP from the marker-trait association analysis was estimated for a null hypothesis in a quantile-quantile plot (QQ plot) -log 10 (P) Compared with. The important association between SNPs and foot disease tolerance was visualized by Manhattan plots based on the threshold of -log 10 (P) at P-value=0.001. The value above the critical line showed a small P- value and was considered an important association. QQ plots and Manhattan plots were completed using the "qqman" and "manhattan" packages in the R program (Team, 2011).
4. 풋마름병 유전자좌와 관련된 SNPs의 조사4. Investigation of SNPs related to foot disease locus
반복적으로 검출 된 풋마름병 유전자좌와 관련된 SNPs의 flanking regions을 사용하여, CAPS (cleaved amplified polymorphic sequence) 마커를 디자인하였다. CTAB 방법을 사용하여 유묘기의 어린 잎으로부터 F1 토마토 재배 품종의 게놈 DNA를 분리하였다 (Kabelka et al., 2002). 총 10 μL 부피에 포함된 20-30ng의 게놈 DNA, 0.25 μM의 각 프라이머, 0.2mM의 dNTPs, 1X PCR buffer 및 0.5U의 DNA Taq polymerase (Geneslabs, Seongnam, Korea)를 이용하여 PCR 증폭을 수행하였다. PCR 증폭 과정은 94℃에서 3분 동안 initial denaturation하는 것을 포함하고, 그 후 94℃에서 30초, 55℃ 에서 30초, 72℃에서 45초 동안 40회 cycle을 반복하고, 72℃에서 7분 동안 1회 cycle로 extension 하는 것을 포함한다. 제조자의 프로토콜에 따라 증폭된 산물에 제한 효소를 처리하였다. 아가로오스 겔 전기영동 방법을 사용해 유전형 분석(genotyping) 결과를 시각화하였다.CAPS (cleaved amplified polymorphic sequence) markers were designed using flanking regions of SNPs associated with the repeatedly detected foot disease locus. Genomic DNA of F1 tomato cultivated varieties was isolated from young leaves of seedlings using the CTAB method (Kabelka et al., 2002). PCR amplification was performed using 20-30 ng genomic DNA contained in a total 10 μL volume, 0.25 μM of each primer, 0.2 mM dNTPs, 1X PCR buffer, and 0.5 U DNA Taq polymerase (Geneslabs, Seongnam, Korea). . The PCR amplification process involves initial denaturation at 94°C for 3 minutes, after which 40 cycles are repeated at 94°C for 30 seconds, 55°C for 30 seconds, and 72°C for 45 seconds, and 72°C for 7 minutes. It includes extension in one cycle. The amplified product was treated with restriction enzymes according to the manufacturer's protocol. The results of genotyping were visualized using an agarose gel electrophoresis method.
실험 결과Experiment result
1. GBS 및 SNP 검출1. GBS and SNP detection
GBS 방식을 사용해서, 192점의 토마토 accession에 대해 총 862,036,576 개의 원본 염기서열(raw reads)을 Illumina sequencing 플랫폼에서 생성하였다. 저품질 염기서열(reads) 및 바코드 시퀀스를 제거한 후, 78bp의 평균 길이로 747,017,652 염기서열(reads)을 남겼다. 각 accession에 대한 평균 reference genome의 범위는 0.91% 였다. 정량화 된 서열을 tomato reference genome assembly v2.50에 정렬함으로써 총 1,393,704 개의 추정 SNP를 먼저 얻었다. 몇 가지 기준 (최소 깊이=5, 최소 대립 유전자 빈도(minor allele frequency)≥5%, 누락된 데이터(missing data)<20%)에 의해 필터링 한 후, 8,550 개의 SNP를 최종적으로 얻었다. 하기 표 3은 GBS로부터 얻은 192 점의 토마토의 원본 염기서열(raw sequences) 및 가공된 염기서열(processed reads)을 나타낸다. 수득한 SNP 마커들은 12개의 염색체들에 대해 균일하게 분포하지 않았고, 4번 염색체에서 최대 16.9 SNPs/Mb, 12번 염색체에서 최소 2.5 SNPs/Mb 로 분포했다.Using the GBS method, a total of 862,036,576 raw reads for 192 tomato accessions were generated in the Illumina sequencing platform. After the low quality reads and barcode sequences were removed, 747,017,652 reads were left with an average length of 78 bp. The average reference genome range for each accession was 0.91%. A total of 1,393,704 estimated SNPs were obtained by aligning the quantified sequence to tomato reference genome assembly v2.50. After filtering by several criteria (minimum depth=5, minimum allele frequency≥5%, missing data <20%), 8,550 SNPs were finally obtained. Table 3 below shows the raw sequences and processed reads of 192 tomatoes obtained from GBS. The SNP markers obtained were not evenly distributed over the 12 chromosomes, but distributed at a maximum of 16.9 SNPs/Mb on
표 3의 평균 게놈 범위는 각각의 accession 게놈의 평균 백분율이 시퀀싱된 것이다.The average genome range in Table 3 is the average percentage of each accession genome sequenced.
2. 표현형 데이터(Phenotypic data) 분석2. Phenotypic data analysis
표현형 데이터를 얻기 위해, 유묘 단계에서, R. solanacearum race 1 WR-1를 이용해 192 점의 토마토 accession을 감염시켰고, 질병의 중증도를 기록하였다. 이 accession은 높은 저항성(수준 1)부터 완전히 감수성(수준 5)까지 모든 수준의 질병 중증도를 나타냈다. 감수성 유목의 경우, 접종 후 7일째에 풋마름병의 전형적인 증상이 유목의 상단에 나타났으며, 접종 14일 내에 식물 전체로 급속히 진행되었다. 한편, 높고 보통의 저항성 식물은 잎사귀 하나 또는 두 개를 제외하고는 별다른 증상을 나타내지 않았다.To obtain phenotypic data, at the seedling stage,
총 2회의 분석(assay)을 통해 확인된 192점의 토마토 accession의 풋마름병 중증도가 각각 접종 14일 후에 기록되었다 (하기 표 4 참고).A total of 192 points of tomato accession confirmed through a total of 2 assays were recorded and 14 days after inoculation, respectively (see Table 4 below).
상기 표 4에 기재된 바와 같이, 질병 등급의 평균값은 assay 마다 각각 3.94±1.16과 3.0±1.03 (± SD; Standard deviation) 이었다. 변이 계수(CV)는 각 분석 마다 30% 에서 34%로 192 가지 토마토 사이의 질병 저항성에 상당한 변이가 있었다. As described in Table 4 above, the mean values of disease grades were 3.94±1.16 and 3.0±1.03 (± SD; Standard deviation) for each assay. The coefficient of variation (CV) was 30% to 34% for each analysis, with significant variation in disease resistance among 192 tomatoes.
1차 분석에 의해 수집된 유전자형의 14.7% 는 풋마름병에 높은 저항성을 보였으나, 76.3% 의 유전자형은 심한 잎마름 또는 죽음(질병 등급 3 부터 5)을 나타냈다. 또한, 2차 분석에 의해 수집된 유전자형의 22.27% 는 풋마름병에 높은 저항성을 보였으나, 50%의 유전자형은 심한 잎마름 또는 죽음 (질병 등급 3 부터 5) 을 나타냈다. 도 2의 (a)는 1차 분석에서 192점의 토마토 accession의 풋마름병 중증도의 빈도 분포를 나타낸다. 도 2의 (b)는 2차 분석에서 192점의 토마토 accession의 풋마름병 중증도의 빈도 분포를 나타낸다. 14.7% of the genotypes collected by the primary analysis showed high resistance to foot disease, while 76.3% of the genotypes showed severe leaf dryness or death (
또한, ANOVA는 유전자형과 각 분석 환경에 의한 효과 (assay effect)가 풋마름병 저항성(P-value<0.001)에 상당한 영향을 미친다는 것을 제시했다. 이 결과는 각 분석 환경이 표현형의 변화에 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다. 결과적으로, QTL 식별을 위해 각 분석에 의한 데이터가 별도로 고려되었다.In addition, ANOVA suggested that the genotype and assay effect of each assay environment significantly influenced foot disease resistance ( P-value <0.001). These results indicate that each analysis environment plays an important role in phenotypic changes. Consequently, data from each analysis was considered separately for QTL identification.
3. 모집단 구조 및 연관 분석 (Population structure and association analysis)3. Population structure and association analysis
192 점의 토마토 집단 중 모집단의 구조를 추정하기 위해, 8,550개의 SNPs를 사용하여 Structure software v2.3.4. 에서 구조 분석을 수행했다. ad hoc quantity (△k)는 k=7인 첫번째 피크를 보였으며, 이는 맵핑 모집단이 7 개의 하위 모집단으로 집중 될 수 있음을 나타낸다.To estimate the structure of the population among the 192 tomato populations, Structure software v2.3.4 using 8,550 SNPs. Structural analysis was performed at. The ad hoc quantity (Δk) showed the first peak with k=7, indicating that the mapping population can be concentrated into 7 subpopulations.
도 3은 모집단의 구조 평가를 위한 베이지안 클러스터링 분석(Bayesian clustering analysis) 결과를 나타낸다. 도 3의 그래프는 토마토 수집(tomato collection)에 제시되는 accession의 이상적인 수를 나타내는 상정 된 하위 집단 (x-축)에 대한 델타 k 값 (y-축)의 그래프이다.3 shows the results of Bayesian clustering analysis for evaluating the structure of a population. The graph of FIG. 3 is a graph of delta k values (y-axis) for the assumed subpopulation (x-axis) representing the ideal number of accessions presented in tomato collection.
토마토 수집의 7개의 하위 모집단(클러스터 1 내지 7)이 도 4에 시각화되었다. 도 4는 STRUCTURE 프로그램을 사용하여 192 점의 토마토 accession의 수집에서 추정된 모집단의 구조이다. 각 accession의 게놈은 세로 막대 하나에 의해 표시되며, 상기 세로 막대는 7 개의 하위 모집단의 추정된 구성원 수에 비례하여 컬러 세그먼트로 구분되었다. 가장 큰 클러스터 (클러스터 2) 는 90점의 accessions으로 구성되며, 여러 나라(러시아로부터 27점의 accessions, 미국으로부터 20점의 accessions, 대한민국으로부터 17점의 accessions, 및 다른 14개 국가로부터 26점의 accessions)로부터 유래되었다. 다른 81개의 한국 육종 품종 (Korean breeding lines) 은 나머지 6개의 클러스터로 분리되었다: 클러스터 1 (11 accessions), 클러스터 3 (7 accessions), 클러스터 4 (11 accessions), 클러스터 5 (21 accessions), 클러스터 6 (12 accessions), 및 클러스터 7 (19 accessions). 이 중, 클러스터 1, 6 및 7은 한국 육종 품종으로만 구성되었다. 상기 7개의 클러스터에서의 몇 가지 accession은 상대적으로 높은 혼합 수준을 나타냈다. k = 7에서 상응하는 Q 행렬은 이후의 GWAS에 사용되었다.Seven subpopulations of the tomato collection (
풋마름병 저항성과 게놈-전체 8,550 개의 SNPs의 연관성 분석 결과, 풋마름병 저항성과 상당히 연관성 있는 총 13 개의 SNP 유전자좌가 밝혀졌다. 이러한 SNPs는 8 개의 염색체에 분포하였으며(도 5 및 도 6 참고), R2 (유전자좌로 설명되는 총 표현형 편차의 백분율) 값은 6.12에서 17.43% 범위였다 (표 5 참고).Analysis of the association between foot blight resistance and genome-wide 8,550 SNPs revealed a total of 13 SNP loci that are significantly related to foot blight resistance. These SNPs were distributed over 8 chromosomes (see Figures 5 and 6), and the R 2 (percentage of total phenotypic deviations described by loci) values ranged from 6.12 to 17.43% (see Table 5).
표 5는 192점의 토마토 accession의 집단에서 풋마름병 저항성 유전자좌와 상당히 관련있는 단일뉴클레오타이드 다형성 마커를 나타낸다. 표 5에 기재된 physical position은 토마토 참조 게놈 어셈블리 vSL2.5 at the Sol Genomics Network 를 기반으로 한 물리적 위치이다.Table 5 shows the mononucleotide polymorphic markers significantly related to the foot disease resistance locus in a population of 192 tomato accessions. The physical positions listed in Table 5 are physical positions based on the tomato reference genome assembly vSL2.5 at the Sol Genomics Network.
풋마름병 저항성과 관련된 13 가지 중요한 SNPs 중, 12번 염색체의 sjs7794 유전자좌는 2 회의 분석에 의해 모두 확인되었고, 가장 유의 한 연관성을 보였다 (P-value <1.2E-08). sjs7794 유전자좌는 1차 분석 시 총 표현형 변이의 17.43%를 차지했고, 2차 분석 시 총 표현형 변이의 13.85%를 차지했다. 다른 12개의 SNPs는 분석 특이적 (assay-specific)이고 6.12 에서 11.88%의 저항 편차로 설명된다. 그 중 9개의 SNPs가 1차 분석에서 P-value < 0.001 값으로 1번, 2번, 4번, 5번, 7번, 9번, 및 11번 염색체에서 발견되었다. 나머지 3개의 SNPs는 2차 분석에서 4번 및 12번 염색체에서 검출되었다.Of the 13 important SNPs related to foot disease resistance, the sjs7794 locus of
도 5는 1차 분석 및 2차 분석에서 게놈 SNPs와 풋마름병 저항성간의 연관성을 보여주는 멘하탄 플롯 (Manhattan plots)을 나타낸다. x-축과 y-축은 각각 염색체의 위치와 GWAS의 SNP의 -log10(P-value)을 나타낸다. 파란색 선은 P=0.001에서 게놈 전체 유의성에 대한 -log10 (P-value) 임계 값을 나타낸다.FIG. 5 shows the Manhattan plots showing the association between genomic SNPs and foot disease resistance in primary and secondary analyses. The x-axis and y-axis indicate the chromosome position and -log 10 (P-value) of the SNP of GWAS, respectively. The blue line represents the -log10 (P-value) threshold for genome-wide significance at P=0.001.
도 6은 12개의 염색체에 걸친 풋마름병 저항성에 대한 QTL 후보군의 물리적 지도 위치를 나타낸다. 도 6의 각각의 수직 막대는 하나의 염색체를 나타낸다. GBS로부터 얻은 염색체 당 SNP 수는 각 막대의 하단에 표시된다. 빨간색 선은 1차 및 2차 분석 모두에서 감지된 SNPs를 나타내고, 분홍색 선은 1차 분석에서 감지된 SNPs를 나타내며, 청녹색 선은 2차 분석에서 감지된 SNPs를 나타낸다. 각 막대의 왼쪽에 있는 숫자는 감지된 SNPs의 물리적인 위치를 나타낸다. 빨간색 상자는 이미 알려진 주요한 QTL인 bwr6와 bwr12를 나타낸다.Figure 6 shows the physical map location of QTL candidates for foot disease resistance across 12 chromosomes. Each vertical bar in FIG. 6 represents one chromosome. The number of SNPs per chromosome obtained from GBS is indicated at the bottom of each bar. The red line represents SNPs detected in both primary and secondary analysis, the pink line represents SNPs detected in primary analysis, and the blue green line represents SNPs detected in secondary analysis. The number on the left side of each bar indicates the physical location of the detected SNPs. The red boxes represent the main known QTLs, bwr6 and bwr12.
4. 풋마름병 유전자좌와 연관된 공통 QTL의 유리한 SNP 대립 유전자 확인4. Identification of favorable SNP alleles of common QTL associated with foot blight loci
몇 번의 분석에 의해, 4번 염색체에서 3개의 SNPs (sjs2532, sjs2705 and sjs2707) 를 확인하였다. 2차 분석에서 GWAS 결과에 따르면 sjs2532 유전자좌는 P-value= 0.12를 보였으나, 1차 분석에서 GWAS 결과에 따르면 0.001<P<0.005에서 sjs2705와 sjs2707 유전자좌가 상대적으로 낮은 유의 수준을 나타내었다. 따라서, 추후 분석을 위해 12번 염색체에 있는 QTL과 강하게 연관된 공통 SNP sjs7794뿐만 아니라, sjs2705 및 sjs2707 두 SNPs를 선택하였다. 상기 3개의 SNPs는 모두 대립 유전자 C 와 T를 그들의 유전자좌에 나타냈다. 각각의 SNP에 대해, 192 점의 토마토 accessions을 그들이 가지고 있는 대립 유전자의 종류에 따라 두 그룹으로 분류하였다. 분류된 두 그룹의 질병 등급의 평균을 비교하여 유리한 대립 유전자를 찾았다. 상기 세 개의 좌위의 SNP 대립 유전자(SNP alleles) 에 대한 풋마름병 저항성 중증도의 분석을 R 프로그램에서 구현하였고, 도 7에 시각화하였다.By several analyzes, three SNPs (sjs2532, sjs2705 and sjs2707) were identified on
평균 분리 분석의 박스 플롯(boxplot)은 2회의 분석에서의 모든 3 개의 좌위에 대하여 대립 유전자 T를 포함하는 그룹의 질병 등급의 평균이 대립 유전자 C를 포함하는 그룹의 질병 등급의 평균 보다 현저히 낮다는 것을 보여줬다. 이 결과는 상기 3 개의 좌위의 대립 유전자 T가 두 개의 QTL4 및 QTL12 모두에 대해 유리한 대립 유전자라는 것을 나타낸다.The boxplot of the mean separation analysis showed that for all three loci in two analyzes, the mean of the disease class of the group containing allele T was significantly lower than the mean of the disease class of the group containing allele C. Showed that. These results indicate that the three loci alleles T are favorable alleles for both QTL4 and QTL12.
도 7은 풋마름병 저항성과 연관된 SNPs인 sjs2705, sjs2707 (QTL4) 및 sjs7794 (QTL12)의 유리한 대립 유전자의 확인을 보여준다. 도 7에서 코랄색은 대립 유전자 C를 포함하는 토마토 accession의 그룹을 나타내고 청녹색은 대립 유전자 T를 포함하는 토마토 accession의 그룹을 나타내며, 각 점은 각 토마토 accession을 나타낸다.7 shows the identification of favorable alleles of SNPs sjs2705, sjs2707 (QTL4) and sjs7794 (QTL12) associated with foot blight resistance. In FIG. 7, coral color indicates a group of tomato accession containing allele C, blue green indicates a group of tomato accession including allele T, and each dot represents each tomato accession.
5. F1 토마토 품종에서 QTL4와 QTL12의 존재 확인5. Confirmation of the presence of QTL4 and QTL12 in F1 tomato varieties
세 가지 SNPs(sjs2705, sjs2707 및 sjs7794)가 F1 토마토 품종에서 나타나는지 확인하기 위해, F1 재배 품종에 대한 유전자형 및 표현형 분석이 수행되었다. 세 가지 SNPs의 flanking regions을 이용해 세 가지 CAPS 마커를 디자인하였고, F1 품종의 유전자형 분석에 사용하였다 (표 6 참고). 45 종의 F1 토마토 품종과 함께, 풋마름병에 매우 저항성이 있고 민감한 것으로 알려진 15TG111과 Yellow Pear도 각각 대조군으로 분석하였다.To confirm that the three SNPs (sjs2705, sjs2707 and sjs7794) appeared in the F1 tomato variety, genotyping and phenotypic analysis of the F1 cultivated variety was performed. Three CAPS markers were designed using flanking regions of three SNPs and used for genotyping of F1 varieties (see Table 6). Along with 45 F1 tomato varieties, 15TG111 and Yellow Pear, which are known to be very resistant and sensitive to foot disease, were also analyzed as controls.
표 6은 풋마름병 저항성의 QTL4 및 QTL12와 연관된 세 가지 SNPs로부터 유래된 CAPS 마커를 나타낸다.Table 6 shows CAPS markers derived from three SNPs associated with QTL4 and QTL12 of foot blight resistance.
QTL4 의 CAPS 마커 (sjs2707) 가 증폭하는 염기서열은 서열번호 1과 같다. 서열번호 1의 231번째 위치에 존재하는 염기(Y)는 C 또는 T일 수 있다.The base sequence amplified by the CAPS marker (sjs2707) of QTL4 is shown in SEQ ID NO: 1. The base (Y) present at position 231 of SEQ ID NO: 1 may be C or T.
QTL12 의 CAPS 마커 (sjs7794) 가 증폭하는 염기서열은 서열번호 4와 같다. 서열번호 4의 241번째 위치에 존재하는 염기(Y)는 C 또는 T일 수 있다.The base sequence amplified by the CAPS marker (sjs7794) of QTL12 is shown in SEQ ID NO: 4. The base (Y) present at position 241 of SEQ ID NO: 4 may be C or T.
유전자형 분석결과, 모든 F1 토마토 재배 품종이 CAPS 마커 sjs2705 (SspI)에 대하여 대립 유전자 C로 단일형(monomorphic)인 것을 확인하였다. 한편, 6개의 품종은 sjs2707 (BfaI) 마커에 대하여 이형접합체인 것을 확인하였으며, 8개의 품종은 sjs7794 (BsaAI) 마커에 대하여 이형접합체인 것을 확인하였다. 그 중, 도 8의 1번, 27번, 및 28번에 해당하는 “B blocking", "Cheonggang", 및 "Shincheonggang"의 3가지 유전자형이 두 가지 마커 모두에 대하여 이형접합체인 것을 확인하였다. 게다가, sjs2707 및 sjs7794 유전자좌의 유리한 대립 유전자(T)를 지닌 모든 재배 품종들은 풋마름병의 증상이 없거나 거의 없는 것으로 나타났다 (도 8 및 표 5 참고).As a result of genotyping, it was confirmed that all F1 tomato cultivars were monomorphic with allele C against the CAPS marker sjs2705 (SspI). On the other hand, it was confirmed that 6 varieties were heterozygous for the sjs2707 (BfaI) marker, and 8 varieties were heterozygous for the sjs7794 (BsaAI) marker. Among them, three genotypes of “B blocking”, “Cheonggang”, and “Shincheonggang” corresponding to 1, 27, and 28 of FIG. 8 were confirmed to be heterozygous for both markers. , All cultivars with favorable alleles (T) of the sjs2707 and sjs7794 loci showed little or no symptoms of foot blight (see Figure 8 and Table 5).
도 8은 F1 토마토 품종에 대한 3 가지 CAPS 마커 sjs2705 (SspI), sjs2707 (BfaI) 및 sjs7794 (BsaAI) 유전자형을 보여주는 아가로오스 겔을 나타낸다. 도 8의 L은 래더 100bp를 나타내며, S는 감수성 대조군 (Yellow Pear) 을 나타내고, R은 저항성 대조군 (15TG111) 을 나타낸다. 또한, 도 8의 1에서 37 사이의 숫자는 표 2에서 같은 숫자의 유전자형을 나타낸다.8 shows agarose gels showing the three CAPS markers sjs2705 (SspI), sjs2707 (BfaI) and sjs7794 (BsaAI) genotypes for the F1 tomato variety. 8, L denotes a ladder 100 bp, S denotes a sensitivity control (Yellow Pear), and R denotes a resistance control (15TG111). In addition, the
상기 결과를 통해, 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T인 토마토의 경우 풋마름병 저항성이 높다는 것을 확인할 수 있었으며, 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기가 T인 토마토의 경우 풋마름병 저항성이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기와 서열번호 4의 241번째 염기 모두 T인 토마토의 경우, 둘 중 하나의 염기가 T인 토마토 보다 풋마름병 저항성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.Through the above results, it was confirmed that the tomato having the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 has high foot disease resistance, and the tomato having the 241st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 has a foot disease resistance of tomato. It was confirmed that this is high. In addition, in the case of the tomato having both the 231 th base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 and the 241 th base of SEQ ID NO: 4, it was confirmed that one of the two bases has higher foot disease resistance than the tomato of T.
추가적인 분석을 위해, 2 개의 다형성 마커(polymorphic markers)의 유전자형을 분석하였다. QTL4와 QTL12와 연관된 sjs2707과 sjs7794 마커의 유리한 대립 유전자의 존부에 따라, 45 개의 F1 품종을 네 가지 그룹 (그룹 4, 그룹 12, 그룹 4-12, 그룹 N)으로 나누었다.For further analysis, genotypes of two polymorphic markers were analyzed. According to the presence of favorable alleles of the sjs2707 and sjs7794 markers associated with QTL4 and QTL12, 45 F1 varieties were divided into four groups (
그룹 4는 QTL4에만 유리한 대립 유전자를 가지고 있는 품종이며, 그룹 12는 QTL12에만 유리한 대립유전자를 가지고 있는 품종이다. 또한, 그룹 4-12는 QTL4와 QTL12에 모두 유리한 대립 유전자를 가지고 있는 품종이고, 그룹 N은 나머지 품종을 포함한다.
상기 네 개의 그룹 중, 그룹 4-12이 풋마름병에 가장 저항성이 있는 것으로 나타났으며, 그룹 N이 풋마름병에 가장 취약한 것으로 나타났다. 변이의 분석 결과, P-value<0.001에서 네 개의 그룹의 질병 등급의 평균 간에 유의한 차이가 나타났다. R 프로그램에서 실행 된 posthoc Duncan의 새로운 다중 범위 시험 (multi-range test, MRT)을 적용하여 네 개의 그룹 간의 질병 등급의 평균을 비교했다. 이 분석은 그룹 4와 그룹 12가 그룹 4-12와 그룹 N 과 유의미한 차이를 보였지만, 그룹 4와 그룹 12 각각에서는 유의미한 차이를 보이지 않았다 (P-value <0.05). 또한, 그룹 12는 그룹 N과 큰 차이를 보였다 (표 7 참고).Of the above four groups, groups 4-12 were found to be most resistant to foot blight, and group N was found to be most vulnerable to foot blight. Analysis of the variance showed a significant difference between the mean of the four groups of disease grades at P-value <0.001. Posthoc Duncan's new multi-range test (MRT), run in the R program, was applied to compare the mean of disease grades among the four groups. This analysis showed that
표 7은 네 개의 그룹 (그룹 4, 그룹 12, 그룹 4-12, 그룹 N)의 질병 등급의 평균에 대한 Duncan's multiple range test 결과를 나타낸다. 하기 표 7에 개시된 SD는 표준편차를 나타낸다. Duncan grouping에 따라 동일한 문자로 작성된 그룹의 질병 위험도는 P-value < 0.05 에서 유의한 차이가 없었다.Table 7 shows the results of Duncan's multiple range test for the mean of disease grades in four groups (
disease ratingdisease rating
(±SD)(±SD)
cultivarscultivars
groupinggrouping
이러한 결과를 통해, 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T인 토마토의 경우 타 품종의 토마토 보다 풋마름병 저항성이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기가 T인 토마토의 경우 타 품종의 토마토 보다 풋마름병 저항성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.Through these results, it was confirmed that the tomato having the 231 th base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 has higher foot disease resistance than the tomatoes of other varieties. In addition, it was confirmed that the tomato having a 241 th base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 has a higher resistance to foot disease than tomatoes of other varieties.
나아가, 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기가 T이고 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기가 T인 토마토의 경우, 서열번호 1의 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기 또는 서열번호 4의 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기 중 하나가 T인 토마토 보다 풋마름병 저항성이 높다는 것을 확인할 수 있었다.Furthermore, in the case of a tomato having the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 and the 241st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4, the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 or the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 It was confirmed that one of the 241 bases was more resistant to foot blight than a tomato with T.
<110> SEJONG UNIVERSITY INDUSTRY ACADEMY COOPERATION FOUNDATION <120> Molecular marker for selecting tomato cultivars resistant to tomato Bacterial wilt and selection method using the same marker <130> 19P05012 <160> 6 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 432 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> tomato_1 <400> 1 gctacaggag gaggacaact tcgtttgttt gtagttttca acaaagggtt ggctctttcg 60 gcagatgtcc tgacagtaac ttccgcaact tgttgagcag gttttggcaa gtgcttctct 120 ttggatactg atatttcacc ttgcacaccc tttttagaca atctaattct gataatgcta 180 cctattgtcg agcagcaaaa cttcagatta gcaacagata aaacataaca ytagaccaaa 240 atagtaagta ttatatataa agggaaagaa ctaccatgcg cctgtatgcc acctcgtgaa 300 ggtgaaggtg aagtaggcct cttcctttta ttactgttct gggtgctgtc ggatgagcag 360 ctggaattct gtgaacacac agcaggctca tgttcctcag tgagattgct cctctccaac 420 tgctcaggtt ca 432 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer_sequence1 <400> 2 gctacaggag gaggacaact tc 22 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer_sequence1 <400> 3 tgaacctgag cagttggaga g 21 <210> 4 <211> 434 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> tomato_2 <400> 4 tgctgcttgc ctttctgact ggagtatgga aggtaagttg ttttctgtca ctattaatca 60 accgttgggt gatgcttctg ttgataatct tagagcttta ctatctgtga agaaccctct 120 tgtgctcaac ggtcagttgt tggtcggaag ttgtcttgct cgaactttaa gcagcattgc 180 ccaaggtgca tttaattttt tgcatgaaac tgttaagaaa gtaagagata gcgtcaagta 240 ygtgaaaaca tcagaatttc acgaggaaaa gtttattgag ctcaaacagc agcttcaagt 300 gccaagcaca aagactttgg ctcttgatga ccagactcaa tggaacacca catatgagat 360 gttgttagct gcatcagagt taaaggaagt gttttcatgc ttggatacat ctgatcccga 420 ttacaaggat gccc 434 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer_sequence4 <400> 5 tgctgcttgc ctttctgact 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer_sequence4 <400> 6 gggcatcctt gtaatcggga 20 <110> SEJONG UNIVERSITY INDUSTRY ACADEMY COOPERATION FOUNDATION <120> Molecular marker for selecting tomato cultivars resistant to tomato Bacterial wilt and selection method using the same marker <130> 19P05012 <160> 6 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 432 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> tomato_1 <400> 1 gctacaggag gaggacaact tcgtttgttt gtagttttca acaaagggtt ggctctttcg 60 gcagatgtcc tgacagtaac ttccgcaact tgttgagcag gttttggcaa gtgcttctct 120 ttggatactg atatttcacc ttgcacaccc tttttagaca atctaattct gataatgcta 180 cctattgtcg agcagcaaaa cttcagatta gcaacagata aaacataaca ytagaccaaa 240 atagtaagta ttatatataa agggaaagaa ctaccatgcg cctgtatgcc acctcgtgaa 300 ggtgaaggtg aagtaggcct cttcctttta ttactgttct gggtgctgtc ggatgagcag 360 ctggaattct gtgaacacac agcaggctca tgttcctcag tgagattgct cctctccaac 420 tgctcaggtt ca 432 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer_sequence1 <400> 2 gctacaggag gaggacaact tc 22 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer_sequence1 <400> 3 tgaacctgag cagttggaga g 21 <210> 4 <211> 434 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> tomato_2 <400> 4 tgctgcttgc ctttctgact ggagtatgga aggtaagttg ttttctgtca ctattaatca 60 accgttgggt gatgcttctg ttgataatct tagagcttta ctatctgtga agaaccctct 120 tgtgctcaac ggtcagttgt tggtcggaag ttgtcttgct cgaactttaa gcagcattgc 180 ccaaggtgca tttaattttt tgcatgaaac tgttaagaaa gtaagagata gcgtcaagta 240 ygtgaaaaca tcagaatttc acgaggaaaa gtttattgag ctcaaacagc agcttcaagt 300 gccaagcaca aagactttgg ctcttgatga ccagactcaa tggaacacca catatgagat 360 gttgttagct gcatcagagt taaaggaagt gttttcatgc ttggatacat ctgatcccga 420 ttacaaggat gccc 434 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer_sequence4 <400> 5 tgctgcttgc ctttctgact 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer_sequence4 <400> 6 gggcatcctt gtaatcggga 20
Claims (11)
In the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, the 231st base is C or T, and a tomato foot comprising a polynucleotide composed of 10 to 450 consecutive bases including the 231st base or a polynucleotide complementary thereto Marker composition for determining blight resistance.
The method according to claim 1, If the 231 th base is T, tomato foot blight resistance marker composition for determining that it is a tomato foot blight resistance tomato.
A composition for screening tomato foot disease-resistant individuals comprising an agent capable of amplifying the marker of claim 1.
The method according to claim 3, wherein the formulation is a primer set consisting of a polynucleotide of SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 tomato foot blight resistant individual selection composition.
The method according to claim 3, wherein the 241 base in the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 is C or T, polynucleotide consisting of 10 to 450 consecutive bases comprising the 241 base or complementary thereto A composition for screening a foot disease-resistant individual, further comprising an agent capable of amplifying a tomato foot disease-resistant second marker comprising a polynucleotide.
The composition according to claim 5, wherein the agent capable of amplifying the second marker is a primer set consisting of polynucleotides of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6.
Tomato foot blight resistant individual selection kit comprising the composition of claim 3.
상기 제1 다형성 부위는 상기 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드의 231번째 염기인, 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법.
Amplifying a first polymorphic site comprising SNP of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or a complementary polynucleotide thereof from DNA isolated from the tomato sample; And determining the base of the amplified first polymorphic site.
The first polymorphic site is the 231st base of the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, tomato foot disease resistance individual selection method.
The method according to claim 8, When the 231st base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T, tomato foot disease resistance individual selection method to determine that the tomato is a foot disease resistance tomato.
상기 제2 다형성 부위는 상기 서열번호 4의 염기서열로 이루어진 폴리뉴클레오타이드의 241번째 염기인 토마토 풋마름병 저항성 개체 선별 방법.
The method according to claim 8, Amplifying a second polymorphic site comprising the SNP of a polynucleotide consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4 or a complementary polynucleotide thereof from the DNA; And determining the base of the amplified second polymorphic site.
The second polymorphic site is a tomato foot disease-resistant individual selection method, which is the 241st base of the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO:4.
The method according to claim 10, wherein the 231 th base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 1 is T, and the 241 th base of the polynucleotide of SEQ ID NO: 4 is T, it is determined that the foot disease resistance is higher than that of either T How to select tomato foot disease resistant individuals.
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