KR102261896B1 - Primer set for discriminating genetic background of Perilla sp. and uses thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 들깨 속 식물의 유전적 배경을 구별하기 위한 프라이머 세트 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a set of primers and their use for differentiating the genetic background of plants of the genus Perilla.
Perilla 작물(Perilla frutescens Britt.)은 일년생의 자가수정 식물로, 형태적 특성과 용도에 의해 2개의 변종인 들깨(P. frutescens var. frutescens, 2n=40)와 차조기(P. frutescens var. crispa, 2n=40)로 구분되고 있으며, 동아시아를 중심으로 옛날부터 들깨는 유료작물(oil crops), 차조기는 약용작물로서 폭 넓게 재배·이용되어 왔다. Perilla crop ( Perilla frutescens Britt. ) is an annual self-fertilizing plant. According to morphological characteristics and uses, two varieties, perilla ( P. frutescens var. frutescens , 2n=40) and perilla ( P. frutescens var. crispa , 2n=40), and perilla oil crops and perilla perilla have been widely cultivated and used as medicinal crops since ancient times, mainly in East Asia.
들깨에는 여러 가지 유용한 성분이 함유되어 있어 의약작물, 유지작물 및 잎채소로 사용되고 있다. 들깨의 종실에는 오메가-3 계열의 지방산인 리놀렌산(linolenic acid)이 다량 함유되어 있어 고혈압, 알레르기성 질환 등의 성인병을 일으키는 에이코사노이드(eicosanoid) 합성을 억제하고, 학습능력 향상 및 수명연장 효과 등의 생체 조절 기능이 있는 것으로 알려져 있다. 들깨의 종실 자체는 통깨로서 들깨차나 제과용으로 이용되고 있고, 종실로부터 추출한 오일은 식용이나 약제 첨가용, 공업용으로 이용되고 있다. 들깨 잎에는 식물성 정유로서 독특한 향기를 가진 페릴라 알데히드(perilla aldehyde), 리모넨(limonen), 페릴라 케톤(perilla ketone) 등이 함유되어 있어 돼지고기나 생선회를 먹을 때 느끼한 맛이나 비린내를 없애주고 그 독특한 향은 입맛을 돋우어 줄 수 있어 신선 잎채소로 이용되고 있으며, 들깨 잎의 추출물은 화장품 색소나 향료로 이용되고 있다. Perilla seeds contain various useful ingredients and are used as medicinal crops, oil crops, and leafy vegetables. The seeds of perilla contain a large amount of linolenic acid, an omega-3 fatty acid, which inhibits the synthesis of eicosanoids that cause adult diseases such as high blood pressure and allergic diseases, and improves learning ability and extends life. It is known to have bioregulatory functions of The seeds of perilla seeds themselves are used as sesame for perilla tea or confectionery, and the oil extracted from the seeds is used for food, pharmaceutical additives, and industrial purposes. Perilla leaves contain perilla aldehyde, limonene, and perilla ketone, which have a unique scent as a vegetable essential oil. Its unique scent can stimulate the taste buds, so it is used as a fresh leafy vegetable, and perilla leaf extract is used as a cosmetic color or flavoring.
또한, 차조기는 깻잎과 형태가 유사하고 잎의 한쪽 면이나 양면 모두가 자색을 띠고 있어 자소엽이라고 불리기도 한다. 이미 한약재로 한방에서는 천식, 기침, 가래, 인후염, 소화불량, 요통, 불면증, 당뇨병 등의 처방에 이용되고 있다. 차조기 잎의 자색 성분은 안토시아닌(anthocyanin)이며, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B6, 니아신, 비타민 C, 비타민 E 등과 철, 칼슘, 마그네슘, 아연 등이 풍부하여 비타민과 무기질의 공급식품이다. 또한 항균, 진균 작용 외에 알레르기 증상을 완화시키는 효과, 항노화 및 항암 효과 등이 다수 보고되어 있다.In addition, perilla leaves are similar in shape to sesame leaves, and one or both sides of the leaves are purple, so it is also called perilla leaf. It is already used as a herbal medicine for asthma, cough, phlegm, sore throat, indigestion, back pain, insomnia, and diabetes. The purple component of perilla leaves is anthocyanin, and it is rich in vitamin B1, vitamin B2, vitamin B6, niacin, vitamin C, vitamin E, and iron, calcium, magnesium, zinc, etc., so it is a vitamin and mineral supply food. In addition to antibacterial and fungal actions, a number of effects such as alleviating allergy symptoms, anti-aging and anticancer effects have been reported.
들깨와 차조기 작물은 히말라야 산맥 주위, 동남아시아 그리고 동아시아에 주로 분포하고 있으며, 이들 작물의 기원지에 관해서는 인도설, 동남아시아설 그리고 중국의 남부설 등이 있지만 예로부터 동아시아에서 가장 많이 재배·이용되고 있으므로 동아시아가 들깨와 차조기 작물의 기원지일 것으로 추정하고 있다. 아직까지 동아시아에서 들깨와 차조기 작물의 야생종에 대해서는 보고되어 있지 않으나, 최근에 이들 작물의 잡초형에 대한 보고가 있다. 이들 작물의 잡초형들은 재배형 들깨와 재배형 차조기의 기원 및 분화과정을 이해하는데 있어 계통분류학적으로 매우 중요한 위치를 차지하고 있는 것으로 보고하였다. 한국의 경우 이들 작물의 잡초형들은 주로 농가 주위, 밭 주위, 도로 옆, 개울 옆 또는 들판 등에서 자생하고 있는 것으로 보고되었다. 일반적으로 들깨와 차조기는 초장, 식물체의 향 및 종자 크기 등의 형태적 특징들에 의해 구분되고 있으나, 이 두 작물은 동일 염색체 수를 가지고 있고, 인공교배에 의하여 서로 교잡이 가능하다. 그리고 들깨와 차조기 작물의 분류학적 연구에서 이 두 작물의 사이에 형태적으로 식별이 어려운 중간형들이 존재하고 있는 것으로 보고되었다. 어떤 작물의 유전자원 보존과 그 작물의 품종 개발을 성공적으로 수행하기 위해서는 먼저 그 작물에 대한 유전자원의 수집과 탐색, 그리고 수집된 유전자원들에 대한 유전적 변이의 다양성을 측정 평가하고 이해하는 것이 무엇보다 가장 중요하다. Perilla and perilla crops are mainly distributed around the Himalayas, Southeast Asia, and East Asia. There are Indian theories, Southeast Asian theories, and southern Chinese theories as to the origin of these crops, but since ancient times, they have been most cultivated and used in East Asia. It is presumed to be the origin of perilla and perilla crops. Wild species of perilla and perilla crops have not yet been reported in East Asia, but recently there have been reports of weedy types of these crops. It was reported that weed types of these crops occupy a very important position in phylogenetic in understanding the origin and differentiation process of cultivated perilla and cultivated perilla. In Korea, it has been reported that weed types of these crops mainly grow wild around farmhouses, fields, roads, streams, or fields. In general, perilla and perilla are distinguished by morphological characteristics such as plant height, plant flavor, and seed size, but these two crops have the same number of chromosomes and can hybridize with each other by artificial crossbreeding. And in the taxonomic study of perilla and perilla crops, it was reported that there are intermediate types that are difficult to identify morphologically between these two crops. In order to successfully carry out the conservation of genetic resources of a crop and the development of varieties of that crop, it is first necessary to collect and search for the genetic resources for the crop, and to measure, evaluate, and understand the diversity of genetic variation in the collected genetic resources. Above all, it is most important.
특히, 본 발명에서 이용한 SSR(simple sequence repeat) 분석법은 PCR(polymerase chain reaction)을 이용하는 분석기법으로 재현성이 매우 뛰어나고, 식물 집단들 내에서 유전자좌(gene locus)마다 많은 대립인자들을 가지고 있어 대립유전자의 특성을 명확하게 나타낼 수 있으므로, 들깨 및 차조기의 유전적 다양성과 계통유연관계를 분석하고 핑거프린팅(fingerprinting)과 분자 매핑(molecular mapping) 등에 활용될 수 있다.In particular, the simple sequence repeat (SSR) analysis method used in the present invention is an analysis technique using polymerase chain reaction (PCR) and has excellent reproducibility, and has many alleles at each gene locus in plant populations. Since the characteristics can be clearly indicated, the genetic diversity and phylogenetic relationship of perilla and perilla can be analyzed and used for fingerprinting and molecular mapping.
한편, 한국등록특허 제1993289호에 '들깨 잎의 보라색 판별용 분자마커 및 이의 용도'가 개시되어 있으나, 본 발명의 들깨 속 식물의 유전적 배경을 구별하기 위한 프라이머 세트 및 이의 용도에 대해서는 기재된 바가 없다.On the other hand, Korea Patent No. 1993289 discloses 'molecular marker for purple discrimination of perilla leaves and their use', but the primer set for distinguishing the genetic background of plants of the genus perilla of the present invention and its use are described. none.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명에서는 들깨(Perilla frutescens var. frutescens) 재배형 계통 PF98095의 RNA 시퀀싱을 실시하고 SSR(simple sequence repeat) 부분을 탐색하여 15,991개의 SSR loci를 확인한 후, 상기 SSR loci를 기반으로 제작된 프라이머 세트를 사용하여 다양한 들깨 및 차조기(Perilla frutescens var. crispa) 계통을 대상으로 PCR을 수행하여, 들깨 및 차조기 계통 간에 다형성을 보이고 증폭 패턴이 명확한 총 5개의 SSR 프라이머 세트를 선발하였고, 상기 선발된 SSR 프라이머 세트가 들깨 및 차조기 계통 34개의 유전적 배경을 효과적으로 구별할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention was derived from the above needs, and in the present invention, 15,991 SSR loci were identified by performing RNA sequencing of Perilla frutescens var. frutescens culturing strain PF98095 and searching for SSR (simple sequence repeat). Then, PCR was performed on various perilla and perilla ( Perilla frutescens var. crispa ) lines using the primer set prepared based on the SSR loci, showing polymorphism between the perilla and perilla lineages and showing a clear amplification pattern. The SSR primer set was selected, and the present invention was completed by confirming that the selected SSR primer set could effectively discriminate the genetic backgrounds of 34 perilla and perilla lineages.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 서열번호 1 및 2의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 서열번호 3 및 4의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 서열번호 5 및 6의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 서열번호 7 및 8의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 및 서열번호 9 및 10의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트;를 포함하는 들깨 속(Perilla sp.) 식물의 유전적 배경 구별용 SSR 프라이머 세트를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an oligonucleotide primer set of SEQ ID NOs: 1 and 2; oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 3 and 4; oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 5 and 6; oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 7 and 8; and oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 9 and 10; provides an SSR primer set for distinguishing genetic backgrounds of plants of the genus Perilla sp.
또한, 본 발명은 상기 SSR 프라이머 세트; 및 증폭 반응을 수행하기 위한 시약을 포함하는 들깨 속 식물의 유전적 배경 구별용 키트를 제공한다.In addition, the present invention is the SSR primer set; And it provides a kit for distinguishing the genetic background of plants of the genus Perilla, comprising a reagent for performing an amplification reaction.
또한, 본 발명은 들깨 속 식물 시료에서 게놈 DNA를 분리하는 단계; 상기 분리된 게놈 DNA를 주형으로 하고, 상기 SSR 프라이머 세트를 이용하여 증폭 반응을 수행하여 표적 서열을 증폭하는 단계; 및 상기 증폭 단계의 산물을 검출하는 단계;를 포함하는, 들깨 속 식물의 유전적 배경을 구별하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of isolating genomic DNA from a plant sample of the genus Perilla; amplifying a target sequence by using the isolated genomic DNA as a template and performing an amplification reaction using the SSR primer set; and detecting the product of the amplification step; it provides a method for distinguishing the genetic background of plants in the genus Perilla.
본 발명의 SSR 프라이머 세트는 들깨와 들깨의 변종인 차조기 식물의 DNA 다형성을 효과적으로 검출할 수 있으므로, 들깨 속 식물의 유전자원들을 효율적으로 평가하여 들깨 속 식물의 분자육종연구 등에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.The SSR primer set of the present invention can effectively detect the DNA polymorphism of perilla and perilla plants, which are varieties of perilla, efficiently evaluate the genetic resources of plants of the genus perilla to provide useful information, such as molecular breeding studies of plants of the genus perilla. It is expected that there will be
도 1은 본 발명의 SSR 프라이머 세트 5개(KNUPF78, KNUPF79 KNUPF80, KNUPF81 및 KNUPF82)를 사용하여 들깨 재배형(cultivated type of var. frutescens; 레인 1~24) 24개 계통, 들깨 잡초형(weedy type of var. frutescens; 레인 25~29) 5개 계통 및 차조기 재배형(cultivated type of var. crispa; 레인 30~34) 5개 계통을 대상으로 PCR을 수행한 결과이다.
도 2는 들깨 재배형, 들개 잡초형 및 차조기 재배형(표 1 참고) 계통 자원간의 유연관계를 나타낸 계통수이다. 1 is a perilla cultivated type (cultivated type of var. frutescens ; lanes 1-24) using 5 SSR primer sets of the present invention (KNUPF78, KNUPF79 KNUPF80, KNUPF81 and KNUPF82) 24 strains, perilla weedy type (weedy type) of var. frutescens ; lanes 25-29) and 5 strains of the cultivated type of var. crispa (lanes 30-34) were subjected to PCR.
2 is a phylogenetic tree showing the relationship between perilla cultivation type, wild dog weed type and perilla cultivation type (see Table 1) system resources.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1 및 2의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 서열번호 3 및 4의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 서열번호 5 및 6의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 서열번호 7 및 8의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트; 및 서열번호 9 및 10의 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트;를 포함하는 들깨 속(Perilla sp.) 식물의 유전적 배경 구별용 SSR 프라이머 세트를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention, the present invention provides an oligonucleotide primer set of SEQ ID NOs: 1 and 2; oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 3 and 4; oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 5 and 6; oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 7 and 8; and oligonucleotide primer sets of SEQ ID NOs: 9 and 10; provides an SSR primer set for distinguishing genetic backgrounds of plants of the genus Perilla sp.
본 발명의 SSR 프라이머 세트에 있어서, 상기 들깨 속 식물은 들깨(Perilla frutescens var. frutescens) 및 들깨의 변종인 차조기(P. frutescens var. crispa)일 수 있으나. 이에 제한되지 않는다. 상기 들깨 및 차조기는 동일 종 내의 서로 다른 변종이다.In the SSR primer set of the present invention, the plant of the genus perilla may be perilla ( Perilla frutescens var. frutescens ) and a perilla variety ( P. frutescens var. crispa ). It is not limited thereto. The perilla and perilla perilla are different varieties within the same species.
상기 프라이머는 각 프라이머의 서열 길이에 따라 서열번호 1 내지 10의 서열 내의 16개 이상, 17개 이상, 18개 이상, 19개 이상, 20개 이상의 연속 뉴클레오티드의 절편으로 이루어진 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 서열번호 1의 프라이머(22개 올리고뉴클레오티드)는 서열번호 1의 서열 내의 19개 이상, 20개 이상, 21개 이상의 연속 뉴클레오티드의 절편으로 이루어진 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 또한, 상기 프라이머는 서열번호 1 내지 서열번호 10의 염기서열의 부가, 결실 또는 치환된 서열도 포함할 수 있다. 상기 서열번호 중 홀수 번호의 올리고뉴클레오티드 프라이머는 정방향 프라이머이며, 짝수 번호의 올리고뉴클레오티드 프라이머는 역방향 프라이머이다.The primer may include an oligonucleotide consisting of a fragment of 16 or more, 17 or more, 18 or more, 19 or more, 20 or more consecutive nucleotides in the sequence of SEQ ID NOs: 1 to 10, depending on the sequence length of each primer. . For example, the primer (22 oligonucleotides) of SEQ ID NO: 1 may include an oligonucleotide consisting of a fragment of 19 or more, 20 or more, 21 or more consecutive nucleotides in the sequence of SEQ ID NO: 1. In addition, the primer may also include an addition, deletion or substitution of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 10. The odd-numbered oligonucleotide primers in the SEQ ID NO: are forward primers, and the even-numbered oligonucleotide primers are reverse primers.
본 발명의 SSR 프라이머 세트는 들깨 재배형(cultivated type of var. frutescens) 계통 PF98095의 게놈 서열 내 SSR(simple sequence repeat) loci를 기반으로 제작된 프라이머 세트 중에서, 다양한 들깨 및 차조기(P. var. crispa) 계통 간에 다형성을 보이고 명확한 증폭 패턴을 보인 SSR 프라이머 세트로 최종 선발된 것이다.The SSR primer set of the present invention is based on a simple sequence repeat (SSR) loci in the genome sequence of the cultivated type of var. frutescens lineage PF98095. Among the primer sets, various perilla and perilla (P. var. crispa) ) was finally selected as the SSR primer set that showed polymorphism between lines and showed a clear amplification pattern.
본 발명에 있어서, "프라이머"는 카피하려는 핵산 가닥에 상보적인 단일 가닥 올리고뉴클레오티드 서열을 말하며, 프라이머 연장 산물의 합성을 위한 개시점으로서 작용할 수 있다. 상기 프라이머의 길이 및 서열은 연장 산물의 합성을 시작하도록 허용해야 한다. 프라이머의 구체적인 길이 및 서열은 요구되는 DNA 또는 RNA 표적의 복합도(complexity)뿐만 아니라 온도 및 이온 강도와 같은 프라이머 이용 조건에 의존할 것이다.In the present invention, "primer" refers to a single-stranded oligonucleotide sequence complementary to a nucleic acid strand to be copied, and can serve as a starting point for synthesis of a primer extension product. The length and sequence of the primers should allow synthesis of the extension product to begin. The specific length and sequence of the primer will depend on the conditions of use of the primer, such as temperature and ionic strength, as well as the complexity of the DNA or RNA target required.
본 명세서에 있어서, 프라이머로서 이용된 올리고뉴클레오티드는 또한 뉴클레오티드 유사체(analogue), 예를 들면, 포스포로티오에이트(phosphorothioate), 알킬포스포로티오에이트 또는 펩티드 핵산(peptide nucleic acid)를 포함할 수 있거나 또는 삽입 물질(intercalating agent)를 포함할 수 있다.As used herein, the oligonucleotide used as a primer may also contain a nucleotide analogue, for example, a phosphorothioate, an alkylphosphorothioate or a peptide nucleic acid or An intercalating agent may be included.
본 발명은 또한, 상기 SSR 프라이머 세트; 및 증폭 반응을 수행하기 위한 시약을 포함하는 들깨 속 식물의 유전적 배경 구별용 키트를 제공한다.The present invention also provides the SSR primer set; And it provides a kit for distinguishing the genetic background of plants of the genus Perilla, comprising a reagent for performing an amplification reaction.
본 발명의 키트에 있어서, 상기 SSR 프라이머 세트는 전술한 바와 같으며, 구별 가능한 들깨 속 식물은 들깨 및 차조기일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the kit of the present invention, the SSR primer set is the same as described above, and the distinguishable plants of the genus perilla may be perilla and perilla, but is not limited thereto.
본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 증폭 반응을 수행하기 위한 시약은 DNA 폴리머라제, dNTPs 및 버퍼를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the reagent for performing the amplification reaction may include, but is not limited to, DNA polymerase, dNTPs, and a buffer.
본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 키트는 또한 최적의 반응 수행 조건을 기재한 사용자 안내서를 추가로 포함할 수 있다. 안내서는 키트 사용법, 예를 들면, 역전사 완충액 및 PCR 완충액 제조 방법, 제시되는 반응 조건 등을 설명하는 인쇄물이다. 안내서는 팜플렛 또는 전단지 형태의 안내 책자, 키트에 부착된 라벨, 및 키트를 포함하는 패키지의 표면상에 설명을 포함한다. 또한, 안내서는 인터넷과 같이 전기 매체를 통해 공개되거나 제공되는 정보를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the kit may further include a user guide describing optimal conditions for performing the reaction. The handbook is a printout explaining how to use the kit, eg, how to prepare reverse transcription buffer and PCR buffer, and suggested reaction conditions. Instructions include a brochure in the form of a pamphlet or leaflet, a label affixed to the kit, and instructions on the surface of the package containing the kit. In addition, the guide includes information published or provided through electronic media such as the Internet.
본 발명은 또한,The present invention also
들깨 속 식물 시료에서 게놈 DNA를 분리하는 단계;isolating genomic DNA from a plant sample of the genus perilla;
상기 분리된 게놈 DNA를 주형으로 하고, 상기 SSR 프라이머 세트를 이용하여 증폭 반응을 수행하여 표적 서열을 증폭하는 단계; 및amplifying a target sequence by using the isolated genomic DNA as a template and performing an amplification reaction using the SSR primer set; and
상기 증폭 단계의 산물을 검출하는 단계;를 포함하는, 들깨 속 식물의 유전적 배경을 구별하는 방법을 제공한다.It provides a method for distinguishing the genetic background of plants of the genus Perilla, including; detecting the product of the amplification step.
본 발명의 일 구현에 따른 방법에 있어서, 상기 들깨 속 식물은 들깨 및 차조기일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, SSR 프라이머 세트는 전술한 것과 같다.In the method according to one embodiment of the present invention, the plants of the genus perilla may be perilla and perilla perilla, but is not limited thereto, and the SSR primer set is the same as described above.
본 발명의 방법은 들깨 속 식물 시료에서 게놈 DNA를 분리하는 단계를 포함한다. 상기 시료에서 게놈 DNA를 분리하는 방법은 당업계에 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면, CTAB 방법을 이용할수도 있고, Wizard prep 키트(Promega 사)를 이용할 수도 있다. 상기 분리된 게놈 DNA를 주형으로 하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트를 프라이머로 이용하여 증폭 반응을 수행하여 표적 서열을 증폭할 수 있다. 표적 핵산을 증폭하는 방법은 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction; PCR), 리가아제 연쇄반응(ligase chain reaction), 핵산 서열 기재 증폭(nucleic acid sequence-based amplification), 전사 기재 증폭시스템(transcription-based amplification system), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification) 또는 Qβ 복제효소(replicase)를 통한 증폭 또는 당업계에 알려진 핵산 분자를 증폭하기 위한 임의의 기타 적당한 방법이 있다. 이 중에서, PCR이란 중합효소를 이용하여 표적 핵산에 특이적으로 결합하는 프라이머 쌍으로부터 표적 핵산을 증폭하는 방법이다. 이러한 PCR 방법은 당업계에 잘 알려져 있으며, 상업적으로 이용가능한 키트를 이용할 수도 있다.The method of the present invention comprises the step of isolating genomic DNA from a plant sample of the genus Perilla. A method for isolating genomic DNA from the sample may use a method known in the art, for example, a CTAB method may be used, or a Wizard prep kit (Promega) may be used. The target sequence may be amplified by performing an amplification reaction using the isolated genomic DNA as a template and using the oligonucleotide primer set according to an embodiment of the present invention as a primer. Methods for amplifying a target nucleic acid include a polymerase chain reaction (PCR), a ligase chain reaction, a nucleic acid sequence-based amplification, and a transcription-based amplification system. amplification system), strand displacement amplification or amplification via Qβ replicase, or any other suitable method for amplifying nucleic acid molecules known in the art. Among them, PCR is a method of amplifying a target nucleic acid from a primer pair that specifically binds to the target nucleic acid using a polymerase. Such PCR methods are well known in the art, and commercially available kits may be used.
본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 증폭된 표적 서열은 검출가능한 표지 물질로 표지될 수 있다. 상기 표지 물질은 형광, 인광 또는 방사성을 발하는 물질일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 상기 표지 물질은 Cy-5 또는 Cy-3이다. 표적 서열의 증폭시 프라이머의 5'-말단에 Cy-5 또는 Cy-3를 표지하여 PCR을 수행하면 표적 서열이 검출가능한 형광 표지 물질로 표지될 수 있다. 또한, 방사성 물질을 이용한 표지는 PCR 수행시 32P 또는 35S 등과 같은 방사성 동위원소를 PCR 반응액에 첨가하면 증폭 산물이 합성되면서 방사성이 증폭 산물에 혼입되어 증폭 산물이 방사성으로 표지될 수 있다. 표적 서열을 증폭하기 위해 이용된 올리고뉴클레오티드 프라이머 세트는 전술한 것과 같다.In one embodiment of the present invention, the amplified target sequence may be labeled with a detectable labeling substance. The labeling material may be a material emitting fluorescence, phosphorescence, or radioactivity, but is not limited thereto. Preferably, the labeling substance is Cy-5 or Cy-3. When PCR is performed by labeling Cy-5 or Cy-3 at the 5'-end of the primer during amplification of the target sequence, the target sequence may be labeled with a detectable fluorescent labeling material. In addition, when a radioactive isotope such as 32 P or 35 S is added to a PCR reaction solution for labeling using a radioactive material, the amplification product is synthesized and radioactivity is incorporated into the amplification product, so that the amplification product can be radioactively labeled. The oligonucleotide primer sets used to amplify the target sequence are as described above.
본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 들깨 속 식물의 유전적 배경을 구별하기 위한 방법은 상기 증폭 단계의 산물을 검출하는 단계를 포함하며, 상기 증폭 단계 산물의 검출은 DNA 칩, 겔 전기영동, 모세관 전기영동, 방사성 측정, 형광 측정 또는 인광 측정을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 증폭 산물을 검출하는 방법 중의 하나로서, 모세관 전기영동을 수행할 수 있다. 모세관 전기영동은 예를 들면, ABi Sequencer를 이용할 수 있다. 또한, 겔 전기영동을 수행할 수 있으며, 겔 전기영동은 증폭 산물의 크기에 따라 아가로스 겔 전기영동 또는 아크릴아미드 겔 전기영동을 이용할 수 있다. 또한, 형광 측정 방법은 프라이머의 5'-말단에 Cy-5 또는 Cy-3를 표지하여 PCR을 수행하면 표적 서열이 검출가능한 형광 표지 물질로 표지되며, 이렇게 표지된 형광은 형광 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 방사성 측정 방법은 PCR 수행시 32P 또는 35S 등과 같은 방사성 동위원소를 PCR 반응액에 첨가하여 증폭 산물을 표지한 후, 방사성 측정기구, 예를 들면, 가이거 계수기(Geiger counter) 또는 액체섬광계수기(liquid scintillation counter)를 이용하여 방사성을 측정할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method for distinguishing the genetic background of the plant of the genus Perilla comprises the step of detecting a product of the amplification step, and the detection of the product of the amplification step is a DNA chip, gel electrophoresis, Capillary electrophoresis, radiometric measurement, fluorescence measurement or phosphorescence measurement may be performed, but is not limited thereto. As one of the methods for detecting the amplification product, capillary electrophoresis may be performed. Capillary electrophoresis may use, for example, an ABi Sequencer. In addition, gel electrophoresis can be performed, and agarose gel electrophoresis or acrylamide gel electrophoresis can be used for gel electrophoresis depending on the size of the amplification product. In addition, in the fluorescence measurement method, when PCR is performed by labeling the 5'-end of the primer with Cy-5 or Cy-3, the target sequence is labeled with a detectable fluorescent labeling material, and the labeled fluorescence is measured using a fluorometer. can do. In addition, the radioactive measurement method is a radioactive isotope such as 32 P or 35 S is added to the PCR reaction solution during PCR to label the amplification product, and then a radioactive measuring instrument, for example, a Geiger counter (Geiger counter) or liquid scintillation The radioactivity can be measured using a liquid scintillation counter.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
1. 식물 재료 및 DNA 추출1. Plant material and DNA extraction
들깨 재배형(Cultivated type of car. frutescens) 24개 계통, 들깨 잡초형(Weedy type of car. frutescens) 5개 계통 및 차조기 재배형(Cultivated type of car. crispa) 5개 계통(표 1)의 게노믹 DNA는 Plant DNAzol Reagent protocol(GibcoBRL Inc., 미국)을 이용하여 신선한 어린잎에서 추출되었다. 상기 34개의 들깨 속 식물 자원은 2006년부터 2015년도까지의 기간 동안 국내외 지역에서 수집된 자원들로, 하기 표 1의 Accession number에서 PF는 들깨 및 차조기 학명의 약자이고, 다음 두자리 숫자는 수집연도이며, 그 다음 세자리 숫자는 그 해 수집되었던 수집번호를 의미한다(강원대학교 생물자원과학부 보유).Crabs of 24 strains of Cultivated type of car. frutescens , 5 strains of Weedy type of car. frutescens and 5 strains of Cultivated type of car. crispa (Table 1). The nomic DNA was extracted from fresh young leaves using the Plant DNAzol Reagent protocol (GibcoBRL Inc., USA). The 34 plant resources of the genus perilla are resources collected from domestic and foreign regions during the period from 2006 to 2015. In the Accession number in Table 1 below, PF is the abbreviation of the scientific name of perilla and perilla, and the next two digits are the year of collection. , and the next three digits indicate the collection number that was collected that year (Kangwon National University, Department of Biological Resources Science).
2. SSR 프라이머 세트 개발 및 PCR 증폭2. SSR primer set development and PCR amplification
SSR 프라이머를 개발하기 위하여 들깨 재배형 PF98095의 RNA-seq 데이터를 Trinity software(http://TrinityRNA Seq.sourceforge.net)를 이용하여 de novo assembly하였으며, Perl script MISA tool(http://pgrc.ipk-gater slebe n.de/misa)을 이용하여 PF98095의 각 RNA 시퀀스에서 SSR 부분을 탐색하였다. 그 결과 di-, tri-, tetra-nucleotide repeat units을 갖는 총 15,991개의 SSR loci를 확인하였으며, PRIMER 3 프로그램을 통해 SSR 프라이머 세트를 디자인하였다. 이렇게 선발된 총 15,991개의 SSR loci 중에서 각 repeat motif(unit)의 반복수가 비교적 많은 SSR 프라이머 세트를 우선 선발하여 증폭양상 및 다형성을 확인하였다.To develop the SSR primer, RNA-seq data of perilla cultivated PF98095 was de novo assembly using Trinity software (http://TrinityRNA Seq.sourceforge.net), and Perl script MISA tool (http://pgrc.ipk) -gater slebe n.de/misa) was used to search for the SSR portion in each RNA sequence of PF98095. As a result, a total of 15,991 SSR loci having di-, tri-, and tetra-nucleotide repeat units were identified, and the SSR primer set was designed through the PRIMER 3 program. Among the 15,991 SSR loci selected in this way, an SSR primer set having a relatively large number of repeats of each repeat motif (unit) was first selected to confirm the amplification pattern and polymorphism.
SSR loci에서 증폭양상 및 다형성을 확인하기 위하여 PCR 증폭을 실시하였으며, 용액의 조성은 20ng의 게노믹 DNA, 1x PCR 버퍼, 0.3M의 프라이머, 0.2mM의 dNTP 및 1unit의 Taq Polymerase(Takara)를 혼합하여 총 30㎕가 되도록 하였다. PCR 과정은 전변성 94℃ 5분; 변성(denaturation) 94℃ 1분, 결합(annealing) 65℃ 1분, 신장(extension) 72℃ 2분의 과정을 총 30회 반복; 최종 신장 72℃ 10분;의 조건으로 수행하였다. PCR을 수행한 후 들깨 및 차조기 계통 간에 다형성을 보이고 증폭 패턴이 명확한 SSR 프라이머 세트 5개를 최종 선발하였다(표 2). PCR amplification was performed to confirm amplification patterns and polymorphisms in the SSR loci, and the composition of the solution was mixed with 20 ng of genomic DNA, 1x PCR buffer, 0.3 M of primer, 0.2 mM of dNTP and 1 unit of Taq Polymerase (Takara). to make a total of 30 μl. The PCR process was pre-denatured at 94°C for 5 minutes; A total of 30 cycles of denaturation at 94° C. for 1 minute, annealing at 65° C. for 1 minute, and extension at 72° C. for 2 minutes; Final elongation at 72° C. for 10 minutes; After PCR was performed, five SSR primer sets with a clear amplification pattern and polymorphism between perilla and perilla strains were finally selected (Table 2).
3. 전기영동3. Electrophoresis
5㎕의 PCR 산물을 10㎕의 로딩 버퍼(98% formamide, 0.02% BPH, 0.02% Xylene C 및 5mM NaOH)와 혼합한 후, 6% 아크릴아미드-비스아크릴아미드 겔(19:1)에 0.5x TBE 버퍼를 채운 후 2㎕의 샘플을 로딩하고, 250V로 30분간 전기영동하였다. 전기영동이 끝난 겔은 EtBr(Ethidium bromide)을 이용하여 DNA 밴드를 확인하였다.5 μl of PCR product was mixed with 10 μl of loading buffer (98% formamide, 0.02% BPH, 0.02% Xylene C and 5 mM NaOH), and then 0.5x on a 6% acrylamide-bisacrylamide gel (19:1). After filling the TBE buffer, 2 μl of the sample was loaded, and electrophoresis was performed at 250 V for 30 minutes. After the electrophoresis was completed, the DNA band was confirmed using EtBr (Ethidium bromide).
실시예 1. SSR 프라이머 세트를 이용한 들깨 및 차조기 계통의 유전적 배경 분석Example 1. Genetic background analysis of perilla and perilla plants using SSR primer set
들깨 재배형 24개 계통, 들깨 잡초형 5개 계통 및 차조기 재배형 5개 계통(표 1)을 대상으로 5개의 SSR 프라이머 세트(KNUPF78, KNUPF79 KNUPF80, KNUPF81 및 KNUPF82)를 이용하여 들깨 및 차조기 계통들 간의 유전적 다형성을 분석하였다.Perilla and perilla strains using 5 SSR primer sets (KNUPF78, KNUPF79 KNUPF80, KNUPF81 and KNUPF82) targeting 24 perilla-cultivated lines, 5 perilla weed-type lines, and 5 perilla-cultivated lines (Table 1) Hepatic genetic polymorphisms were analyzed.
그 결과, KNUPF78 프라이머 세트는 들깨 및 차조기 34개 계통들에서 약 100~150bp 크기의 DNA 단편을 증폭시키고 대립 유전자 수는 4개이었으며, KNUPF79 프라이머 세트는 약 100~150bp 크기의 DNA 단편을 증폭시키고 대립 유전자 수는 8개이었으며, KNUPF80 프라이머 세트는 약 195-205bp 크기의 DNA 단편을 증폭시키고 대립 유전자 수는 7개이었으며, KNUPF81 프라이머 세트는 약 190~205bp 크기의 DNA 단편을 증폭시시키고 대립 유전자 수는 4개이었으며, 마지막으로 KNUPF82 프라이머 세트는 약 120~140bp 크기의 DNA 단편을 증폭시키고 대립 유전자 수는 4개이었다. As a result, the KNUPF78 primer set amplifies a DNA fragment with a size of about 100-150 bp in 34 perilla and perilla lineages and the number of alleles was 4, and the KNUPF79 primer set amplifies a DNA fragment with a size of about 100-150 bp and alleles. The number of genes was 8, the KNUPF80 primer set amplifies a DNA fragment with a size of about 195-205 bp and the number of alleles was 7, and the KNUPF81 primer set amplifies a DNA fragment with a size of about 190-205 bp, and the number of alleles was 4, and finally, the KNUPF82 primer set amplifies a DNA fragment with a size of about 120 to 140 bp and the number of alleles was 4.
또한, 5개의 SSR 프라이머 세트에서 측정된 주요 대립인자 빈도(major allele frequency)는 0.235~0.794의 범위로 평균값은 0.435이었고, 유전적 다양성(genetic diversity) 값은 0.351~0.830의 범위로 평균값은 0.674이었으며, 다형성 정보량(polymorphic information content, PIC) 값은 0.328~0.808의 범위로 평균값은 0.643이었다(표 3).In addition, the major allele frequency measured in the five SSR primer sets ranged from 0.235 to 0.794 with an average value of 0.435, and the genetic diversity value was from 0.351 to 0.830 with an average value of 0.674. , polymorphic information content (PIC) values ranged from 0.328 to 0.808, with an average value of 0.643 (Table 3).
실시예 2. 들깨 및 차조기 자원들 간의 유전적 유연관계 분석Example 2. Analysis of the genetic relationship between perilla and perilla resources
본 발명의 SSR 프라이머 세트 5개를 이용하여 들깨 재배형 24개 계통, 들깨 잡초형 5개 계통 및 차조기 재배형 5개 계통(표 1)에 대한 유연관계를 분석하기 위해, STRUCTURE 프로그램을 이용하여 계통수(phylogenetic tree)를 작성하였다(도 2). In order to analyze the relationship for 24 perilla cultivation-type lines, 5 perilla weed-type 5 lines and perilla perilla cultivation-type 5 lines (Table 1) using 5 SSR primer sets of the present invention, phylogenetic tree using the STRUCTURE program (phylogenetic tree) was prepared (Fig. 2).
이를 통해, 본 발명의 SSR 프라이머 세트는 다양한 들깨 속 식물들의 유전적 배경을 구별하여 들깨 속 식물의 육성에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료되었다.Through this, it was considered that the SSR primer set of the present invention could be usefully utilized for the cultivation of plants of the genus Perilla by distinguishing the genetic background of various plants of the genus Perilla.
<110> KNU-Industry Cooperation Foundation REPUBLIC OF KOREA(MANAGEMENT : RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> Primer set for discriminating genetic background of Perilla sp. and uses thereof <130> PN20020 <160> 10 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 gcgttattat ttttcaagat cg 22 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 tcaatgattt tacagaagat gct 23 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ccttttcccc ttttctcttt ta 22 <210> 4 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 caacaataga tcgcactgaa tg 22 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 gattcatcat tcagctctct cc 22 <210> 6 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 atgaccaatg gattaaacaa gg 22 <210> 7 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 ttaagcaacc aattgcaggt a 21 <210> 8 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 gttgtgcaaa atttggtgat tt 22 <210> 9 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 aaaccaagga actcgtcaac ta 22 <210> 10 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 cgcttcgtct ttattgtgtg ta 22 <110> KNU-Industry Cooperation Foundation REPUBLIC OF KOREA(MANAGEMENT : RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> Primer set for discriminating genetic background of Perilla sp. and uses it <130> PN20020 <160> 10 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 gcgttattat ttttcaagat cg 22 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 tcaatgattt tacagaagat gct 23 <210> 3 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ccttttcccc ttttctcttt ta 22 <210> 4 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 caacaataga tcgcactgaa tg 22 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 gattcatcat tcagctctct cc 22 <210> 6 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 atgaccaatg gattaaacaa gg 22 <210> 7 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 ttaagcaacc aattgcaggt a 21 <210> 8 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 gttgtgcaaa atttggtgat tt 22 <210> 9 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 aaaccaagga actcgtcaac ta 22 <210> 10 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 cgcttcgtct ttattgtgtg ta 22
Claims (7)
상기 분리된 게놈 DNA를 주형으로 하고, 제1항의 SSR 프라이머 세트 조성물을 이용하여 증폭 반응을 수행하여 표적 서열을 증폭하는 단계; 및
상기 증폭 단계의 산물을 검출하는 단계;를 포함하는, 들깨 및 차조기 식물의 유전적 배경을 구별하는 방법.isolating genomic DNA from a plant sample of Perilla frutescens var. frutescens or Perilla frutescens var. crispa;
amplifying a target sequence by using the isolated genomic DNA as a template and performing an amplification reaction using the SSR primer set composition of claim 1; and
A method of distinguishing the genetic background of perilla and perilla plants, including; detecting the product of the amplification step.
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- 2020-04-29 KR KR1020200052448A patent/KR102261896B1/en active IP Right Grant
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