KR102504390B1 - Molecular marker to select gummy stem blight resistance of watermelon and use thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수박 덩굴마름병 저항성 개체 선발을 위한 분자마커 및 이의 용도에 관한 것으로, 수박 덩굴마름병 저항성 개체를 조기에 선발할 수 있어, 소요되는 시간과 노동력, 비용 등을 절약하여 수박 품종 육성에 있어 경쟁력을 높일 수 있다.The present invention relates to a molecular marker for selecting watermelon vine blight resistant individuals and its use, and it is possible to select watermelon vine blight resistant individuals at an early stage, saving time, labor, cost, etc., thereby providing competitiveness in cultivating watermelon varieties. can increase
Description
본 발명은 수박 덩굴마름병 저항성 개체 선발을 위한 분자마커 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a molecular marker for selecting watermelon vine blight resistant individuals and its use.
수박은 여름철 더위와 갈증을 해소할 수 있는 최고의 과채류로 우리나라에서는 조선시대 이전에 들여와 재배되어 왔다. 박목 박과의 덩굴성 한해살이풀로 분류되며 학명은 Citrullus lanatus이다. 수박은 수분이 매우 높고 대부분 당질로 이루어져 있으며, 이뇨효과가 뛰어나고 구창, 방광염, 보혈, 강장 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 보통 7 ~ 8월에 수확하며 현재는 기술의 발전으로 인해 시설원예를 통한 연중재배도 이루어지고 있다.Watermelon is the best fruit and vegetable that can relieve heat and thirst in summer. It was introduced and cultivated in Korea before the Joseon Dynasty. It is classified as a climbing annual plant of the Cucurbitaceae family, and its scientific name is Citrullus lanatus . Watermelon is very high in moisture, mostly composed of sugar, has an excellent diuretic effect, and is known to be effective in mouth ulcers, cystitis, blood, and tonic. It is usually harvested in July-August, and now, due to the development of technology, year-round cultivation is also carried out through facility gardening.
수박 재배 시 탄저병, 역병, 덩굴마름병, 잘록병 등 여러 가지 병해가 발생할 수 있다. 이중 덩굴마름병은 줄기, 잎, 과경에 발생하는데, 줄기에서는 초기에 갈색반점이 나타나고 진전되면 담갈색 또는 회갈색의 병반으로 변하며, 잎에서는 초기에 작은 갈색반점이 나타나고 진전되면 회갈색 대형병반으로 확대된다. 병원체는 Didymella bryoniae로 알려져 있다.During watermelon cultivation, various diseases such as anthracnose, blight, vine blight, and dying disease can occur. Vine blight occurs on stems, leaves, and fruit stems. Brown spots appear at the beginning of the stem and turn into light brown or grayish brown lesions as they progress. The pathogen is known as Didymella bryoniae .
특히 시설재배의 경우 그 특성상 연작재배가 불가피하고 시설내부의 온도가 높아지거나 습도가 높아지게 되어 덩굴마름병 병원체가 발생하기 쉽다. 이 병은 수박의 착과 이후에 급격히 발생하여 과실이 성숙되기 이전에 잎과 덩굴이 말라죽는 경우가 많다. 따라서 수박의 안정적인 생산을 위해서는 덩굴마름병에 대한 저항성 계통의 선발 또는 육성이 필요하다.In particular, in the case of facility cultivation, continuous cultivation is unavoidable due to its nature, and the temperature or humidity inside the facility is high, so that vine blight pathogens are likely to occur. This disease occurs rapidly after fruit set in watermelon, and leaves and vines are often withered before fruit ripens. Therefore, for the stable production of watermelon, it is necessary to select or cultivate strains resistant to vine blight.
한편, 육종에 있어서 분자표지의 이용은 환경이나 다른 유전자형에 의해 영향을 받지 않으며, 선발 비용과 시간 등을 절약할 수 있는 등 선발효율을 크게 높일 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 특정 형질에 연관된 분자표지를 이용하여 다수의 유전자원에서 특정 형질을 지닌 계통을 선발할 수 있으며, 선발과정에서 대상 유전형을 직접 평가 선발함으로 정확성을 향상시킬 수 있고 많은 계통간의 차이를 구별할 수 있다고 알려져 있다.On the other hand, the use of molecular markers in breeding is not affected by the environment or other genotypes, and has the advantage of greatly increasing selection efficiency, such as saving selection costs and time. In addition, it is possible to select strains with specific traits from multiple genetic resources using molecular markers associated with specific traits, and by directly evaluating and selecting target genotypes in the selection process, accuracy can be improved and differences between many strains can be distinguished. It is known that there is
본 발명자들은 수박의 덩굴마름병 저항성과 관련된 새로운 마커를 개발하고 이를 이용함으로써 덩굴마름병에 대한 저항성이 있는 수박을 신속, 정확하고 용이하게 판별할 수 있는 방법을 개발하고자 연구 노력하였다. 이의 결과 기존 수박의 유전정보와 새롭게 확인한 덩굴마름병 저항성 수박 계통의 유전정보를 이용하여 덩굴마름병과 관련된 새로운 마커를 발굴할 수 있었으며, 이들 마커를 이용 하여 덩굴마름병에 대한 저항성이 우수한 개체를 효과적으로 판별해낼 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.The inventors of the present invention developed a new marker related to vine blight resistance of watermelon and made research efforts to develop a method for quickly, accurately and easily identifying watermelon resistant to vine blight by using the marker. As a result, it was possible to discover new markers related to vine blight by using the genetic information of the existing watermelon and the genetic information of the newly identified vine blight-resistant watermelon line. It was confirmed that it could be done and the present invention was completed.
본 발명의 일 목적은 서열번호 1 내지 12의 염기서열 모두를 포함하는 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별용 조성물을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a composition for identifying watermelon vine blight resistant individuals comprising all of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 12.
본 발명의 다른 일 목적은 상기 조성물을 포함하는, 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별용 키트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a kit for identifying watermelon vine blight resistant individuals comprising the above composition.
본 발명의 다른 일 목적은 상기 조성물 또는 상기 키트로 시료 수박을 검정하는 단계 및 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별하는 단계를 포함하는 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for identifying a watermelon blight resistant individual comprising the step of assaying a sample watermelon with the composition or the kit and identifying a watermelon blight resistant individual.
본 발명의 일 양상은 서열번호 1 내지 12의 염기서열 모두를 포함하는 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별용 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention provides a composition for identifying watermelon vine blight resistant individuals comprising all of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 12.
상기 서열번호 1 내지 12의 염기서열은 덩굴마름병 저항성 연관 QTL에 인접한 분자표지의 프라이머로 QTL과 인접한 분자표지의 유전자형 분석의 정확도를 높이기 위해 해당 SNP의 flanking sequence 정보를 토대로 개발된 것이다. The base sequences of SEQ ID NOs: 1 to 12 are primers for molecular markers adjacent to QTL associated with blight resistance, and were developed based on flanking sequence information of the corresponding SNP to increase the accuracy of genotyping analysis of molecular markers adjacent to the QTL.
상기 서열번호 1 내지 6은 수박의 6번 염색체와 관련된 것이고, 서열번호 7 내지 12는 8번 염색체와 관련된 것이다. 구체적으로, 상기 서열번호 1 내지 3은 KASP_WGRS(3)089의 형광 프라이머로, 각각 Allele-specific 1 (FAM) (서열번호 1), Allele-specific 2 (HEX) (서열번호 2) 및 Common (서열번호 3)을 의미한다. 그리고 서열번호 4 내지 6은 KASP_WGRS(3)092의 형광 프라이머로, 각각 Allele-specific 1 (FAM) (서열번호 4), Allele-specific 2 (HEX) (서열번호 5) 및 Common (서열번호 6)을 의미한다. 또한, 서열번호 7 내지 9는 KASP_WGRS240의 형광 프라이머로, 각각 Allele-specific 1 (FAM) (서열번호 7), Allele-specific 2 (HEX) (서열번호 8) 및 Common (서열번호 9)을 의미한다. 그리고 서열번호 10 내지 12는 KASP_WGRS(3)185의 형광프라이머로, 각각 Allele-specific 1 (FAM) (서열번호 10), Allele-specific 2 (HEX) (서열번호 11) 및 Common (서열번호 12)을 의미한다. SEQ ID NOs: 1 to 6 are related to chromosome 6 of watermelon, and SEQ ID NOs: 7 to 12 are related to chromosome 8 of watermelon. Specifically, SEQ ID NOs: 1 to 3 are fluorescent primers of KASP_WGRS (3)089, respectively Allele-specific 1 (FAM) (SEQ ID NO: 1), Allele-specific 2 (HEX) (SEQ ID NO: 2) and Common (SEQ ID NO: 2) number 3). And SEQ ID NOs: 4 to 6 are fluorescent primers of KASP_WGRS (3)092, respectively Allele-specific 1 (FAM) (SEQ ID NO: 4), Allele-specific 2 (HEX) (SEQ ID NO: 5) and Common (SEQ ID NO: 6) means In addition, SEQ ID NOs: 7 to 9 are fluorescent primers of KASP_WGRS240, which mean Allele-specific 1 (FAM) (SEQ ID NO: 7), Allele-specific 2 (HEX) (SEQ ID NO: 8) and Common (SEQ ID NO: 9), respectively. . And SEQ ID NOs: 10 to 12 are fluorescent primers of KASP_WGRS (3) 185, respectively Allele-specific 1 (FAM) (SEQ ID NO: 10), Allele-specific 2 (HEX) (SEQ ID NO: 11) and Common (SEQ ID NO: 12) means
상기 서열번호 1 내지 12의 염기서열의 정보를 정리하면 아래와 같다:The information of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 12 is summarized as follows:
유전자gene
본 발명의 용어 '프라이머(primer)'는 복제 대상인 핵산 가닥에 상보적인 단일 가닥 올리고뉴클레오티드 서열로서, 중합효소연쇄반응의 합성 산물을 위한 개시점으로서 작용할 수 있다. 상기 프라이머의 길이 및 서열은 연장 산물의 합성을 시작하도록 허용할 수 있어야 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. 또한, 상기 프라이머 서열은 서열번호 1 내지 12의 염기서열에 부가, 결실, 또는 치환된 서열도 모두 포함 될 수 있다.The term 'primer' of the present invention is a single-stranded oligonucleotide sequence complementary to a nucleic acid strand to be replicated, and can act as a starting point for a synthetic product of a polymerase chain reaction. The length and sequence of the primers should allow for initiating the synthesis of extension products. The specific length and sequence of the primer will depend on the complexity of the DNA or RNA target required, as well as the conditions of use of the primer, such as temperature and ionic strength. In addition, the primer sequence may include all sequences added, deleted, or substituted to the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 12.
상기 서열번호 1 내지 12의 염기서열은 KASP 분자표지인 것일 수 있다. The nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 12 may be KASP molecular markers.
본 발명의 용어 "KASP(kompetitive allele specific PCR)"는 PCR 기반의 분석 방법 중 하나로, 상동의 (homogenous) 그리고 형광(fluorescence) 기반의 유전형 분석 기술이다. KASP는 대립형질(allele)-특이적 올리고 연장(extension) 및 신호생성을 위한 형광공명에너지전이(fluorescence resonance energy transfer)를 기반으로 하는 기술이다.The term "KASP (kompetitive allele specific PCR)" of the present invention is one of PCR-based analysis methods, and is a homogenous and fluorescence-based genotyping technology. KASP is a technology based on fluorescence resonance energy transfer for allele-specific oligo extension and signal generation.
본 발명의 상기 조성물, 구체적으로 조성물에 포함되는 서열번호 1 내지 12의 염기서열은 덩굴마름병 저항성 연관 QTL에 인접한 KASP 분자표지의 프라이머이기 때문에 이를 이용하여 다양한 수박 품종의 수박 덩굴마름병 저항성을 확인할 수 있다. Since the composition of the present invention, specifically, the nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 1 to 12 included in the composition is a primer of the KASP molecular marker adjacent to the QTL associated with blight resistance, it can be used to confirm the blight resistance of watermelon varieties of various watermelons. .
본 발명의 다른 일 양상은 상기 조성물을 포함하는 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별용 키트를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a kit for identifying watermelon blight resistant individuals comprising the composition.
본 발명의 일 구체예에서 상기 키트는 PCR 키트, 마이크로어레이 또는 플루이다임 SNP 분석용 키트일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the kit may be a PCR kit, microarray or fluidigm SNP analysis kit.
상기 PCR 키트는 상기 염기서열을 활용할 수 있는 구성을 포함하는 것일 수 있다. 상기 PCR 키트는 DNA 중합효소, dNTP 혼합물 및 PCR 완충 용액을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 DNA 중합효소는 예를 들면, E.coli DNA 중합효소 I의 클레나우(klenow) 단편, 열안정성 DNA 중합효소 또는 박테리오파아지 T7 중합효소인 것일 수 있다. 상기 PCR 완충용액은 KCl, Tris-HCl 및 MgCl2를 함유하는 것일 수 있다. 또한 상기 PCR 키트는 증폭 산물의 확인에 필요한 구성 성분을 포함할 수 있다. 상기 PCR 키트는 안내서를 포함하는 것일 수 있다. 상기 안내서는 키트 사용법, 예를 들면, PCR 완충 용액 제조방법, 제시되는 반응 조건 등을 설명하는 인쇄물일 수 있다.The PCR kit may include a configuration capable of utilizing the base sequence. The PCR kit may further include a DNA polymerase, a dNTP mixture, and a PCR buffer solution. The DNA polymerase may be, for example, a klenow fragment of E.coli DNA polymerase I, a thermostable DNA polymerase or a bacteriophage T7 polymerase. The PCR buffer may contain KCl, Tris-HCl and MgCl2. In addition, the PCR kit may include components required for identification of the amplification product. The PCR kit may include a guide. The guide may be a printout explaining how to use the kit, for example, how to prepare a PCR buffer solution, and suggested reaction conditions.
상기 마이크로어레이(microarray)는 기판 표면의 구분된 영역에 상기 염기서열을 활용 할 수 있는 폴리뉴클레오티드, 예를 들면 프로브가 높은 밀도로 고정화되어 있는 것일 수 있다.The microarray may be one in which polynucleotides capable of utilizing the nucleotide sequence, for example, probes, are immobilized at a high density on distinct regions of a substrate surface.
상기 플루이다임 SNP 분석용 키트는 플루이다임 시스템용 프라이머를 포함할 수 있고, 구체적으로 STA, LSP, 및 ASP 1&2 프라이머를 포함할 수 있다. 플루이다임 SNP 분석용 키트는 DNA 중합효소, dNTP 혼합물 및 PCR 완충 용액을 더 포함하는 것일 수 있다. DNA 중합효소 및 PCR 완충 용액은 상기 PCR 키트에서 설명한 내용을 참조하여 이해될 수 있다.The Fluidigm SNP analysis kit may include primers for the Fluidigm system, and may specifically include STA, LSP, and ASP 1&2 primers. The Fluidigm SNP analysis kit may further include a DNA polymerase, a dNTP mixture, and a PCR buffer solution. DNA polymerase and PCR buffer solution can be understood by referring to the contents described in the PCR kit.
본 발명의 다른 일 양상은 상기 조성물 또는 상기 키트로 시료 수박을 검정하는 단계 및 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별하는 단계를 포함하는 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for identifying a watermelon blight resistant individual comprising the steps of assaying a watermelon sample with the composition or the kit and identifying a watermelon blight resistant individual.
상기 시료 수박을 검정하는 단계는 상기 조성물 또는 상기 키트로 시료 수박을 검정하는 단계이다. 구체적으로 상기 조성물 또는 키트는 전술한 염기서열을 포함하기 때문에, 이를 이용하여 다양한 수박 품종의 수박 덩굴마름병 저항성을 확인할 수 있다.The step of assaying the sample watermelon is the step of assaying the sample watermelon with the composition or the kit. Specifically, since the composition or kit includes the above-described nucleotide sequence, watermelon blight resistance of various watermelon varieties can be confirmed using this.
상기 검정하는 방법의 일 예시로 수박 시료의 유전체를 추출하는 단계, 상기 추출된 유전체를 증폭하는 단계 및 상기 증폭된 유전체를 분석하는 단계를 포함할 수 있다. An example of the assay method may include extracting the genome of a watermelon sample, amplifying the extracted genome, and analyzing the amplified genome.
구체적으로, 상기 수박 시료의 유전체를 추출하는 단계는 당업계에서 공지된 통상의 방법에 의해 수행될 수 있고, 예를 들면 CTAB (CetylTrimethylAmmonium Bromide) 방법, 페놀/클로로포름 추출법, SDS 추출법 등을 이용하거나 상업적으로 판매되는 DNA 추출 키트(QIagen prep kit)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Specifically, the step of extracting the genome of the watermelon sample may be performed by a conventional method known in the art, for example, using a CetylTrimethylAmmonium Bromide (CTAB) method, a phenol/chloroform extraction method, an SDS extraction method, or a commercially available method. A DNA extraction kit (QIagen prep kit) sold as may be used, but is not limited thereto.
또한, 상기 추출된 유전체를 증폭하는 단계는 PCR(Polymerase Chain Reaction)에 의해 수행될 수 있다. PCR은 당업계에서 PCR 반응에 필요한 것으로 공지된 성분들을 포함하는 PCR 반응 혼합액을 이용하거나 상업적으로 이용 가능한 키트를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 PCR 반응 혼합액은 시료 수박에서 추출된 유전체 DNA와 프라이머 세트, 적당량의 DNA 중합효소, dNTP, PCR 완충용액 및 물(H2O)을 포함할 수 있고, 상기 PCR 완충 용액은 Tris-HCl, MgCl2, KCl 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the step of amplifying the extracted genome may be performed by PCR (Polymerase Chain Reaction). PCR can be performed using a PCR reaction mixture containing components known in the art to be necessary for a PCR reaction or using commercially available kits. The PCR reaction mixture may include genomic DNA extracted from the sample watermelon, a primer set, an appropriate amount of DNA polymerase, dNTP, a PCR buffer solution, and water (H 2 O), and the PCR buffer solution may include Tris-HCl, MgCl 2 , KCl, and the like, but are not limited thereto.
그리고, 상기 증폭된 유전체를 분석하는 단계는 당업계에서 공지된 통상적인 방법에 의한 것이면 가능하며, 예를 들면 겔 전기영동 및 모세관 전기영동과 같은 전기영동, DNA 칩, 방사성 측정, 형광 측정 또는 인광 측정을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 증폭 산물을 검출하기 위해 모세관 전기영동을 수행할 수 있으며, ABi Sequencer를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다. 또한, 겔 전기영동을 수행할 수 있으며, 겔 전기영동은 증폭 산물의 크기에 따라 아가로스 겔 전기영동 또는 아크릴아 미드 겔 전기영동을 이용할 수 있다. 예를 들어, 1 내지 5%, 바람직하게는 1.5% 아가로즈 겔 전기영동을 이용할 수 있다. 또한, 형광 측정 방법은 프라이머의 5'-말단에 Cy-5 또는 Cy-3를 표지하여 PCR을 수행하면 표적 서열이 검출 가능한 형광 표지 물질로 표지되며, 이렇게 표지된 형광은 형광 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 방사성 측정 방법은 PCR 수행 시 32 P 또는 35 S 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. 증폭된 DNA 산물을 겔 전기영동을 사용하여 분석 하는 경우, 아가로오스 겔 또는 아크릴 아마이드 겔 상에서 증폭 산물을 전기영동하고, 에티디움 브로마이드 (EtBr), 실버 염색(silver staining) 등에 의해 밴드를 확인할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the step of analyzing the amplified genome can be performed by a conventional method known in the art, for example, electrophoresis such as gel electrophoresis and capillary electrophoresis, DNA chip, radioactivity measurement, fluorescence measurement, or phosphorescence measurement. It may be performed through measurement, but is not limited thereto. For example, capillary electrophoresis may be performed to detect amplification products, and may be performed using an ABi Sequencer, but is not limited thereto. In addition, gel electrophoresis can be performed, and for gel electrophoresis, agarose gel electrophoresis or acrylamide gel electrophoresis can be used depending on the size of the amplification product. For example, 1 to 5%, preferably 1.5% agarose gel electrophoresis can be used. In addition, in the fluorescence measurement method, when PCR is performed by labeling Cy-5 or Cy-3 at the 5'-end of the primer, the target sequence is labeled with a detectable fluorescent labeling material, and the labeled fluorescence is measured using a fluorescence meter. can do. In addition, the radioactive measurement method is to label the amplification product by adding a radioactive isotope such as 32 P or 35 S to the PCR reaction solution during PCR, and then use a radioactive measuring instrument, for example, a Geiger counter or liquid scintillation Radioactivity can be measured using a liquid scintillation counter. When the amplified DNA product is analyzed using gel electrophoresis, the amplification product is electrophoresed on an agarose gel or acrylamide gel, and bands can be identified by ethidium bromide (EtBr), silver staining, etc. However, it is not limited thereto.
상기 식별하는 단계는 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별하는 단계이다. 상기 식별의 일 예시는 상기 유전자 서열 중 KASP_WGRS240와 KASP_WGRS(3)185 분자표지 검정에서 R 대립유전자를 갖고 있는 경우가 높은 덩굴마름병 저항성을 나타내는 것으로 판단할 수 있다. The identifying step is a step of identifying individuals resistant to watermelon vine blight. As an example of the identification, it can be determined that the case of having the R allele in the KASP_WGRS240 and KASP_WGRS(3)185 molecular marker assays among the gene sequences exhibits high resistance to blight blight.
본 발명의 조성물 및 키트는 수박 덩굴마름병 저항성 개체를 조기에 선발할 수 있어, 소요되는 시간과 노동력, 비용 등을 절약하여 수박 품종 육성에 있어 경쟁력을 높일 수 있다. The composition and kit of the present invention can select watermelon vine blight-resistant individuals at an early stage, saving time, labor, and costs, thereby increasing competitiveness in cultivating watermelon varieties.
도 1은 수박의 잎 병반 면적률 기준을 나타낸 것이다.
도 2는 줄기 마름증상의 기준을 나타낸 것이다.
도 3은 양친, F2 집단 개체별 분포도를 나타낸 것으로, 도 3 (a)는 잎 병반 면적률, 도 3 (b)는 줄기 마름증상 분포를 나타낸 것이다.
도 4는 SNP 분자표지로 작성된 수박 유전자 연관지도를 나타낸 것이다.
도 5는 수박 덩굴마름병과 연관된 QTL 분석 결과를 나타낸 것 (위치별 LOD 그래프) 이다.
도 6은 QTL과 인접한 분자 표지의 유전자형 (또는 조합)에 따른 병저항성 정도를 나타낸 것이다.Figure 1 shows the standard for leaf lesion area ratio of watermelon.
Figure 2 shows the criteria for stem blight symptoms.
Figure 3 shows the distribution of parents and F 2 group individuals, Figure 3 (a) shows the leaf lesion area rate, Figure 3 (b) shows the stem blight distribution.
Figure 4 shows a watermelon gene association map created with SNP molecular markers.
5 shows the results of QTL analysis associated with watermelon vine blight (LOD graph by location).
Figure 6 shows the degree of disease resistance according to the genotype (or combination) of QTL and adjacent molecular markers.
이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, one or more specific examples will be described in more detail through examples. However, these examples are intended to illustrate one or more specific examples, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예 1: 재료 및 방법Example 1: Materials and Methods
1-1. 식물 재료 및 DNA 추출1-1. Plant material and DNA extraction
덩굴마름병 저항성 계통인 'PI 189225(야생종, Citrullus amarus)'와 감수성 계통인 '920533(재배종, C. lanatus)'을 각각 수집하였다. 그리고 '920533'을 모계로 'PI 189225'를 부계로 교배하여 F1을 얻었으며, 다시 자가수분(자가수정, selfing)하여 F2 집단(178개체)을 구축하였다. 또한 외국에서 도입한 수박 자원(9개)과 국내외 시판품종(13개)을 수집하였다. A vine blight resistant strain, 'PI 189225 (wild, Citrullus amarus )' and a susceptible strain, '920533 (cultivated, C. lanatus )' were collected, respectively. Then, F 1 was obtained by mating '920533' with 'PI 189225' on the paternal line, and then self-pollination (selfing) was performed to construct an F 2 group (178 individuals). In addition, watermelon resources (9 items) introduced from foreign countries and commercial varieties (13 items) at home and abroad were collected.
CTAB(cetyltrimethylammonium bromide) 방법을 이용하여 genomic DNA를 추출하였으며, 농도는 20 ng/μL로 맞추어 추후 분석에 활용하였다. Genomic DNA was extracted using the CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) method, and the concentration was adjusted to 20 ng/μL for subsequent analysis.
1-2. 병원균 균주 배양 및 접종, 병징 판별1-2. Pathogen strain culture and inoculation, diagnosis of symptoms
국립농업과학원 유전자원센터에서 보유 중인 'KACC40937'균주를 분양 받아 증식하였다. 해당 균주를 선택한 이유는 포자생산력이 좋고, 수박 식물체에 접종 시 병징이 잘 나타났기 때문이다. The 'KACC40937' strain possessed by the Genetic Resources Center of the National Institute of Agricultural Sciences was distributed and propagated. The reason for selecting this strain was that it had good spore productivity and showed symptoms well when inoculated into watermelon plants.
PDA(potato dextrose agar)배지에 배양하여 25℃의 온도와 12시간(낮)/12시간(밤) 일장 조건이 유지되는 생장상에 5일 동안 증식하였으며, 이후 포자를 수거하여 4×105 spore/mL 농도에 맞추어 현탁액을 제작하였다. It was cultured in PDA (potato dextrose agar) medium and proliferated for 5 days on the growth phase in which a temperature of 25 ° C and 12 hours (day) / 12 hours (night) were maintained, and then spores were collected to form 4 × 10 5 spores. A suspension was prepared according to the /mL concentration.
이후, 포자현탁액을 개체당 10mL씩 스프레이로 분무 접종하였으며, 25~27℃가 유지되는 습실 생장상에 48시간 동안 암상태로 유지하였다. 그리고 25℃ 온도 조건의 생장상에서 식물체의 병징이 진전되는 정도를 관찰하였다. Thereafter, the spore suspension was spray inoculated by spraying 10 mL per individual, and maintained in the dark for 48 hours on a humid growth phase maintained at 25 to 27 ° C. In addition, the degree of development of symptoms of the plant was observed in the growth phase at 25 ° C temperature conditions.
병징은 접종한 지 5일차 되는 시점에, 잎의 병반면적률(leaf lesion, LL)과 줄기의 마름증상(stem blight, SB), 그리고 이 둘의 조건을 토대로 정의한 병징지수(Disease index, DI), 3가지 기준으로 평가하였다. 잎의 병반면적률이란 전체 본엽의 면적을 100으로 할 때, 이 중에서 병징이 나타난 부위의 비율을 계산한 것이며 0~100으로 나타내었다. 그리고 줄기의 마름증상은 줄기에 나타난 병징을 0, 1, 2, 3으로 나타내었다 (도 1, 2 및 표 2).Symptoms were defined as leaf lesion (LL), stem blight (SB), and disease index (DI) based on these two conditions on the 5th day after inoculation. , evaluated by three criteria. The diseased area ratio of leaves is the ratio of the areas where symptoms appear among them when the area of all true leaves is 100, and is expressed as 0 to 100. In addition, stem blight symptoms were indicated by symptoms on the stem as 0, 1, 2, and 3 (Figs. 1, 2 and Table 2).
(Resistant))resistance
(Resistant))
(Suceptible)sensibility
(Acceptible)
1-3. F1-3. F 22 집단 병저항성 정도 개체 분포도, 유전양상 분석 Population disease resistance degree Individual distribution map, genetic pattern analysis
양친('920533', 'PI 189225')과 F1, F2 집단(178개체)의 개체들을 대상으로 위의 언급한 방식대로 병 접종을 실시하여 병저항성 정도를 조사하였다. Parents ('920533', 'PI 189225') and individuals in the F 1 and F 2 groups (178 individuals) were inoculated with the disease as described above to investigate the degree of disease resistance.
병징지수(DI) 기준으로 저항성/감수성 개체를 판정하여 카이제곱 테스트 등 유전양상을 분석하였다. 또한 병저항성 정도에 따른 F2 집단의 개체별 분포도를 작성하였다. Resistant/susceptible individuals were determined based on the disease index (DI), and genetic patterns such as chi-square tests were analyzed. In addition, the individual distribution of the F 2 group according to the degree of disease resistance was prepared.
1-4. 기개발된 Fluidigm 활용한 F1-4. F using already developed Fluidigm 22 집단 유전자형 분석 Population genotyping
농업기술실용화재단에 의뢰하여, 기개발된 수박 Fluidigm 기반의 SNP 마커세트(438개)를 활용하여 F2 집단의 유전자형 분석을 진행하였다. At the request of the Agricultural Technology Commercialization Foundation, the genotype analysis of the F 2 group was conducted using the previously developed watermelon Fluidigm-based SNP marker set (438 markers).
1-5. 차세대염기서열분석(NGS) 활용한 SNP 선발, HRM 분자마커 개발1-5. SNP selection using next-generation sequencing (NGS), HRM molecular marker development
양친에 대해 다형성 있는 SNP를 추가로 선발하기 위해 '920533'과 'PI 189225' 각각에 대해 차세대 염기서열 분석(next-generation sequencing) 장비인 Illumina Hiseq 4000을 활용하여 염기서열 재분석(resequencing, 리시퀀싱)을 수행하였다. 이후 수박의 참조유전체('97103' ver.1)에 맵핑(mapping)을 수행하고(Burrow-Wheeler Aligner, BWA 프로그램 활용), 양친의 염기서열 간 다형성이 있는SNP 정보를 추출하였다(SAMtools 등 프로그램 활용). In order to additionally select polymorphic SNPs for both parents, '920533' and 'PI 189225' were re-analyzed using the Illumina Hiseq 4000, a next-generation sequencing equipment, respectively. was performed. Subsequently, mapping was performed on the watermelon reference genome ('97103' ver.1) (Utilizing Burrow-Wheeler Aligner, BWA program), and SNP information with polymorphism between parental sequences was extracted (Using programs such as SAMtools). ).
다형성이 있는 SNP 중 동형접합성(homozygous)이며 A/T와 G/C를 제외한 A/G, A/C, T/G, T/C의 조합을 갖고 있고, BLASTN을 통해 수박 전체 유전체에서 1개의 copy만 갖고 있는 SNP를 선발하였다. Among SNPs with polymorphism, it is homozygous and has a combination of A/G, A/C, T/G, and T/C except for A/T and G/C, and through BLASTN, one SNPs with only copies were selected.
HRM(high-resolution melting) 분석을 위한 프라이머(primer)를 총 888개를 디자인하였다. (HRM 프라이머를 활용한) 유전자형 분석을 위해 PCR은 20μL의 부피로, 2.0μL의 genomic DNA와 2.0μL의 10×buffer, 1.0μL의 2.5mM dNTP, 0.1μL의 Taq DNA 중합효소(polymerase), 1.0μL의 SYTO9 핵산 형광 염색 시약(green-fluorescent nucleic acid stain), 10pmole/mL 농도의 정방향 및 역방향 프라이머 각 0.5μL, 그리고 나머지는 증류수(triple distilled water, TDW)의 조성으로 수행하였다. PCR 조건은 초기 변성 98℃ 2분, 40 사이클로 98℃ 5초 변성(denaturation), 60℃ 10초 어닐링(annealing) 및 확장(extension) 후에 HRM melting curve 분석을 위해 Bio-rad CFX96 장비를 활용하여 0.3℃ 간격으로 94.6℃에서 70℃로 온도를 내리면서 형광값을 정량화하였다. A total of 888 primers for high-resolution melting (HRM) analysis were designed. For genotyping (using HRM primers), PCR was performed in a volume of 20 μL, 2.0 μL of genomic DNA, 2.0 μL of 10 × buffer, 1.0 μL of 2.5 mM dNTP, 0.1 μL of Taq DNA polymerase, 1.0 μL of SYTO9 nucleic acid fluorescent staining reagent (green-fluorescent nucleic acid stain), 0.5 μL of each of the forward and reverse primers at a concentration of 10 pmole/mL, and the rest were performed with a composition of triple distilled water (TDW). The PCR conditions were initial denaturation at 98°C for 2 minutes, denaturation at 98°C for 5 seconds with 40 cycles, annealing at 60°C for 10 seconds, and extension using Bio-rad CFX96 equipment for HRM melting curve analysis. Fluorescence values were quantified while lowering the temperature from 94.6 °C to 70 °C at °C intervals.
HRM 분석을 통해 F2 집단(178개체)에서 'A(동형접합성, 모계 유전자형)', 'H(이형접합성)', 'B(동형접합성, 부계 유전자형)'로 유전자형을 분석하였다. Through HRM analysis, the genotype was analyzed as 'A (homozygous, maternal genotype)', 'H (heterozygous)', and 'B (homozygous, paternal genotype)' in the F 2 group (178 individuals).
1-6. 기보고된 KASP 분자표지 활용한 F1-6. F using previously reported KASP molecular markers 22 집단 유전자형 분석 Population genotyping
중국에서 최근 발표된 논문(Ren et al., 2020)에 공개된 KASP 정보(프라이머 10쌍) 활용하여, F2 집단(178개체)을 대상으로 유전자형 분석을 진행하였다. Using the KASP information (10 pairs of primers) disclosed in a recently published paper in China (Ren et al., 2020), genotype analysis was conducted for the F 2 population (178 individuals).
KASP 유전자형 분석을 위해 PCR은 10μL의 부피로, 5.0μL의 2×KASP master mix, 0.14μL의 assay mix, 5μL의 genomic 움의 조성으로 수행하였다. PCR 조건은 (20초마다 10개 사이클로 touch down) 94℃에 15분, 프라이머의 어닐링(annealing) 온도를 사이클이 진행될 때마다 61℃에서 0.6℃씩 만큼 감소하여 1분, 94℃에서 20초 동안 26 사이클, 어닐링(annealing) 온도에서 1분, 37℃에서 1분으로 수행하였다. Bio-rad CFX96 장비와 프로그램을 활용하여 KASP 분자표지의 유전자형 분석을 실시하였다.For KASP genotyping, PCR was performed in a volume of 10 μL, with 5.0 μL of 2×KASP master mix, 0.14 μL of assay mix, and 5 μL of genomic composition. The PCR conditions (touch down with 10 cycles every 20 seconds) were 94°C for 15 minutes, and the annealing temperature of the primer was reduced by 0.6°C at 61°C for each cycle for 1 minute and 94°C for 20 seconds. 26 cycles, 1 min at annealing temperature and 1 min at 37°C were performed. Genotyping of KASP molecular markers was performed using the Bio-rad CFX96 equipment and program.
1-7. 유전자 연관지도 작성 및 양적형질 유전자좌(QTL) 탐색 1-7. Creating a genetic linkage map and exploring quantitative trait loci (QTL)
유전자 연관지도는 (Kosambi 맵핑 함수로 설정) JoinMap 프로그램을 활용하여 (재조합 비율에 근거한) 분자표지 간 연관거리(genetic distance, cM)를 계산하였다. 그리고 계산한 연관거리를 기반으로 MapChart 프로그램을 활용하여 유전자 연관지도를 작성하였다. The genetic association map (set by the Kosambi mapping function) was used to calculate the genetic distance (cM) between molecular markers (based on the recombination ratio) using the JoinMap program. And based on the calculated linkage distance, a genetic linkage map was created using the MapChart program.
양적형질 유전자좌(quantitative trait loci, QTL)를 탐색하기 위해 MapQTL 프로그램을 이용하여 분석하였다. 방식은 CIM(composite interval mapping)에 기반한 MQM(multiple-QTL model)이었다. 유의수준 0.05에서 1,000회의 permutation test를 통해 LOD(logarithm of odds)의 역치(threshold) 값을 계산하였다. Analysis was performed using the MapQTL program to search for quantitative trait loci (QTL). The method was a multiple-QTL model (MQM) based on CIM (composite interval mapping). A threshold value of LOD (logarithm of odds) was calculated through 1,000 permutation tests at a significance level of 0.05.
1-8. 인접 분자표지 효용성 검정 및 후보유전자 탐색 1-8. Adjacent Molecular Label Effectiveness Test and Candidate Gene Search
유의미한 양적형질 유전자좌(QTL)에 인접한 분자표지(flanking marker)를 가지고 수박 자원과 시판품종을 대상으로 효용성을 검정하였다. The efficacy was tested for watermelon resources and commercial varieties with flanking markers adjacent to significant quantitative trait loci (QTL).
또한 유의미한 양적형질 유전자좌(QTL) 영역 내에 위치한 ('97103' ver.1 유전체 정보 활용, cucurbitgenomics.org) 여러 유전자로부터 유전자 주석(gene annotation) 정보를 활용하여 후보유전자(candidate gene)를 탐색하였다. In addition, candidate genes were searched by utilizing gene annotation information from several genes located within the significant quantitative trait locus (QTL) region (using '97103' ver.1 genome information, cucurbitgenomics.org).
실시예 2: 연구 결과Example 2: Research results
2-1.2-1. 덩굴마름병 저항성 유전분석 및 FVine blight resistance genetic analysis and F 22 집단 분포도 group distribution
본 연구에서는 유전양상 분석을 위해 감수성 계통('920533'), 저항성 계통('PI 189225'), F1 집단, 그리고 F2(178개체) 집단을 이용하였다. 덩굴마름병은 'KACC40937' 균주로 이전에 언급한 방법에 의거하여 배양, 접종을 수행하였으며 병저항성 정도를 잎 병반면적률(leaf lesion, LL)과 줄기 마름증상(stem blight, SB)으로 나타내었고, 이 값을 토대로 병징지수(disease index, DI)로 나타내어 최종적으로 저항성과 감수성 개체들을 판별하였다. In this study, a susceptible strain ('920533'), a resistant strain ('PI 189225'), an F 1 population, and an F 2 (178 individuals) population were used for genetic pattern analysis. The vine blight was cultured and inoculated with the 'KACC40937' strain according to the previously mentioned method, and the degree of disease resistance was expressed as leaf lesion (LL) and stem blight (SB), Based on this value, it was expressed as a disease index (DI), and finally resistant and susceptible individuals were discriminated.
분석 결과, 모계 계통과 F1 집단에서 일부 분리가 있었지만 전체적으로 모부계 계통은 각각 감수성, 저항성을 보였으며 F1에서는 저항성으로 나타났다. 유전양상을 단인자 우성으로 기대하고, 기대 표현형(저항성 : 감수성 = 3 : 1)과 F2 집단의 관측 표현형과 카이제곱 검정을 실시하였으나 P-value가 0.05이하였다. 따라서 환경에 영향을 받는 여러 개의 유전자에 의해 병저항성이 작용함을 확인하였고, 여러 문헌(Gusmini et al., 2017; Ren et al., 2020; Gimode et al., 2020)을 통해 서로 근연관계가 먼 두 종(수박 재배종과 야생종)의 교배로 인해 F2 집단에서 개체 일부가 사멸하여 분리비가 왜곡(segregation distortion)되는 현상을 언급한 바가 있다. 따라서 수박에서 덩굴마름병 저항성과 관련된 유전자좌를 탐색하기 위해 QTL 분석을 수행하였다 (표 3). As a result of the analysis, there was some segregation in the maternal line and the F 1 population, but overall, the maternal line showed susceptibility and resistance, respectively, and the F 1 group showed resistance. The genetic pattern was expected to be single factor dominant, and the expected phenotype (resistance : susceptibility = 3 : 1) and the observed phenotype of the F 2 group and the chi-square test were performed, but the P-value was less than 0.05. Therefore, it was confirmed that disease resistance works by several genes that are affected by the environment, and through several literatures (Gusmini et al., 2017; Ren et al., 2020; Gimode et al., 2020), it is closely related to each other. We have mentioned the phenomenon of segregation distortion due to the death of some individuals in the F 2 population due to crossbreeding of two distant species (a watermelon cultivar and a wild species). Therefore, QTL analysis was performed to search for loci related to blight resistance in watermelon (Table 3).
분리비Separation ratio
(R)(R)
(S)(S)
((
DfDf
))
((
χχ
22
))
F2 집단의 개체 분포도를 보면, 잎 병반면적률(leaf lesion, LL)과 줄기 마름증상(stem blight, SB)에서 2개의 peak 패턴을 보였고, 저항성 peak과 감수성 peak보다 더 많은 개체수를 나타내었다. 이것은 병저항성을 조절하는 유전자가 1개 이상임을 나타내는 결과이다(도 3).Looking at the distribution of individuals in the F 2 group, two peak patterns were shown in leaf lesion (LL) and stem blight (SB), and the number of individuals was greater than the resistance peak and the susceptibility peak. This is a result indicating that one or more genes regulate disease resistance (FIG. 3).
2-2. SNP 기반 분자표지 검정으로 유전자 연관지도 작성, QTL 탐색2-2. Creation of genetic linkage map with SNP-based molecular marker test, QTL search
기개발된 Fluidigm 마커세트(438개)를 활용하여 양친, F1, F2 집단 개체에 대해 유전자형 분석을 실시하였다. 그 결과, 양친에 다형성 있는 113개의 SNP를 선발할 수 있었다. Using the previously developed Fluidigm marker set (438 markers), genotype analysis was performed on parents, F 1 , and F 2 group individuals. As a result, 113 SNPs with polymorphisms in both parents were selected.
또한 양친의 염기서열 재분석(resequencing)을 통해 확보한 다형성 있는 SNP 중에서 HRM 분자표지로 888개를 개발하였으며, 실제로 양친, F1, F2 집단 개체에 대해 다형성 있는 84쌍의 HRM 프라이머를 선발하였다. 그리고 이전에 보고된(Lee et al., 2015) HRM용 4쌍의 프라이머도 추가하였다. In addition, 888 HRM molecular markers were developed among polymorphic SNPs obtained through resequencing of the parents, and 84 pairs of polymorphic HRM primers were actually selected for the parents, F 1 , and F 2 populations. And 4 pairs of primers for HRM previously reported (Lee et al., 2015) were also added.
그리고 최근에 보고된(Ren et al., 2020) KASP 분자표지 10개를 활용하여 양친, F1, F2 집단 개체에 대해 유전자형 분석을 수행하였다.And, using 10 recently reported (Ren et al., 2020) KASP molecular markers, genotyping was performed on parents, F 1 , and F 2 group individuals.
Fluidigm과 HRM, KASP 분자표지를 활용하여 양친, F1, F2 집단 개체에 대해 유전자형 분석을 실시한 결과를 가지고, 이전에 언급한 JoinMap과 MapChart 프로그램을 이용하여 유전자 연관 지도를 작성하였다. 총 18개의 연관그룹(linkage group, LG)으로 구성되었으며 총 연관거리는 1070.2cM이었고 분자표지 1개당 평균 5.69cM의 밀도를 나타내었다 (표 4, 도 4). Using Fluidigm, HRM, and KASP molecular markers, genotype analysis was performed on parents, F 1 , and F 2 group individuals, and genetic association maps were prepared using the previously mentioned JoinMap and MapChart programs. It consisted of a total of 18 linkage groups (LG), and the total linkage distance was 1070.2 cM, showing an average density of 5.69 cM per molecular marker (Table 4, FIG. 4).
(cM)(cM)
(cM/마커)(cM/marker)
이전에 조사한 표현형 정보(병저항성)를 활용하여 MapQTL 프로그램을 활용하여 양적형질 유전자좌(QTL) 탐색을 수행하였다. 잎 병반면적률(LL)과 줄기 마름증상(SB)에 대해 염색체 8번에서 주동(major) QTL을 탐색할 수 있었다. 유전자 연관지도 상의 위치는 잎 병반면적률에 대해서는(qLL8.1) 85.376cM이었으며, 줄기 마름증상에 대해서는(qSB8.1) 85.263cM이었다. 그리고 각각 LOD는 4.28과 4.02이었으며, R 2 (표현형 변이를 설명하는 정도)은 10.5%와 10.0%이었다. 그리고 인접한 분자표지는 chr8_WGRS240과 chr8_WGRS(3)185이었으며, 물리적 위치는 20,663,001~21,535,005bp였다. 2개의 형질에 대해 염색체 8번에 있는 유전자좌 qLL8.1와 qSB8.1는 서로 co-located되는 것을 확인하였다. 또한 미동(minor) QTL로는 염색체 6번에서 줄기 마름증상(SB)에 대해 qSB6.1이 탐색되었다. 인접한 분자표지는 chr6_WGRS(3)089와 chr6_WGRS(3)092이었으며, 해당 QTL의 LOD는 3.96과 9.7%의 표현형의 변이를 설명하였다(표 5, 도 5). Using the previously investigated phenotypic information (disease resistance), quantitative trait loci (QTL) were searched using the MapQTL program. For leaf lesion area (LL) and stem blight (SB), we could search for a major QTL on chromosome 8. The position on the gene association map was 85.376cM for leaf lesion area ( qLL8.1 ) and 85.263cM for stem blight ( qSB8.1 ). LOD was 4.28 and 4.02, respectively, and R 2 (degree of explaining phenotypic variation) was 10.5% and 10.0%. And the adjacent molecular markers were chr8_WGRS240 and chr8_WGRS(3)185, and the physical positions were 20,663,001~21,535,005 bp. For the two traits, it was confirmed that the loci qLL8.1 and qSB8.1 on chromosome 8 are co-located with each other. In addition, as a minor QTL, qSB6.1 was searched for stem dryness (SB) on chromosome 6. Adjacent molecular markers were chr6_WGRS(3)089 and chr6_WGRS(3)092, and the LODs of the corresponding QTLs explained 3.96 and 9.7% of phenotypic variation (Table 5, Fig. 5).
(chromosome)(chromosome)
(genetic position, cM)(genetic position, cM)
(flanking marker)(flanking marker)
(location, bp)(location, bp)
(%)(%)
(additive effect)(additive effect)
(dominance effect)(dominance effect)
역치Threshold
(threshold)(threshold)
(LL)(LL)
-
chr8_WGRS(3)185chr8_WGRS240
-
chr8_WGRS(3)185
-
21,535,00520,663,001
-
21,535,005
(SB)(SB)
-
chr6_WGRS(3)092chr6_WGRS(3)089
-
chr6_WGRS(3)092
-
7,625,6697,533,583
-
7,625,669
-
chr8_WGRS(3)185chr8_WGRS240
-
chr8_WGRS(3)185
-
21,535,00520,663,001
-
21,535,005
그리고 QTL과 인접한 분자표지에 대한 HRM 프라이머 4쌍에 대한 염기서열 정보 등은 아래 표에 나타내었다 (표 6).In addition, the base sequence information for 4 pairs of HRM primers for molecular markers adjacent to the QTL are shown in the table below (Table 6).
(℃)(℃)
2-3. KASP 분자표지 개발 및 인접한 분자표지의 효용성 검정, 후보유전자 탐색2-3. Development of KASP molecular markers, validation of the effectiveness of adjacent molecular markers, search for candidate genes
줄기 마름증상(SB) 형질에 대해 염색체 6번과 8번의 유전자형 조합에 의해 F2 집단 개체들의 병저항성 정도 값이 어떻게 차이가 나는지 분석하였다. 주동 QTL과 미동 QTL에서 모두 저항성 대립유전자를 가질 때가 모두 감수성 대립유전자를 가질 때보다 줄기 마름증상 정도가 1.31 정도 더 높은 것을 확인할 수 있었다 (도 6). (S/S 유전자형 조합은 1.69의 줄기 마름증상을 보인 것에 비해, R/R 유전자형은 0.38의 줄기 마름증상을 보였기 때문임)For the stem blight (SB) trait, the difference in the degree of disease resistance of individuals in the F 2 group by the combination of genotypes of chromosomes 6 and 8 was analyzed. It was confirmed that when both the active QTL and the minor QTL had the resistance allele, the degree of stem blight was higher by about 1.31 than when both had the susceptibility allele (FIG. 6). (This is because the S/S genotype combination showed stem thinning of 1.69, whereas the R/R genotype showed stem thinning of 0.38)
그리고 잎 병반면적률(LL) 형질의 경우에는 상자그림(boxplot) 분석에서 나타난 것처럼 qLL8.1에 인접한 분자표지의 유전자형에 따라 부계의 유전자형인 'B'인 경우가 모계의 유전자형인 'A'의 경우보다 병저항성 정도가 높게 나타났다 (도 6). And in the case of the leaf lesion area (LL) trait, as shown in the box plot analysis, according to the genotype of the molecular marker adjacent to qLL8.1 , the case of the paternal genotype 'B' was the maternal genotype of 'A'. The degree of disease resistance was higher than that of the case (FIG. 6).
QTL과 인접한 분자표지의 유전자형 분석의 정확도를 높이기 위해 해당 SNP의 flanking sequence 정보를 토대로 KASP 분자표지(4쌍의 프라이머)를 개발하였다 (표 7). To increase the accuracy of genotyping of molecular markers adjacent to the QTL, KASP molecular markers (4 pairs of primers) were developed based on the flanking sequence information of the corresponding SNP (Table 7).
유전자gene
개발한 4개의 KASP 분자표지를 가지고 수집한 수박 유전자원 9개와 시판품종 13개에 대해 효용성 검정(marker validation)을 수행하였다. Marker validation was performed on 9 watermelon genetic resources collected with 4 developed KASP molecular markers and 13 commercial varieties.
분석 결과, KASP_WGRS240와 KASP_WGRS(3)185 분자표지 검정에서 R 대립유전자를 갖고 있는 경우가 높은 덩굴마름병 저항성을 나타냈다. 반면 KASP_WGRS(3)089와 KASP_WGRS(3)092 분자표지의 경우에는, 병저항성 표현형 결과와 유의미한 상관관계를 나타내지 못하였다 (표 8). As a result of the analysis, in KASP_WGRS240 and KASP_WGRS(3)185 molecular marker assays, cases with the R allele showed high blight resistance. On the other hand, KASP_WGRS(3)089 and KASP_WGRS(3)092 molecular markers did not show a significant correlation with the disease resistance phenotype (Table 8).
4개의 KASP 분자표지를 이용한다면, 수박 덩굴마름병 저항성 개체를 보다 저렴한 비용, 노력으로 빠른 시간내에 효율적으로 개체 선발이 가능하다. If the four KASP molecular markers are used, it is possible to efficiently select watermelon vine blight resistant individuals in a short time with lower cost and effort.
지수jisoo
(DI)(DI)
계통
자원resource
공화국south africa
republic
품종kind
* 학명 : CA, C. amarus Schrad.; CL, C. lanatus (Thunb.) Matsum. & Nakai; CM, C. mucosospermus (Fursa) Fursa. * Scientific name: CA , C. amarus Schrad.; CL , C. lanatus (Thunb.) Matsum. &Nakai; CM , C. mucosospermus (Fursa) Fursa.
염색체 8번에서 주동 QTL이 있는 영역의 후보유전자를 탐색하였다. 전체 유전자는 83개가 있었으며, 이 중 annotation 정보를 활용하여 병저항성 연관이 있는 4개의 후보유전자를 탐색하였다. 이 후보유전자 내의 SNP 변이를 기반으로 분자표지를 만든다면 더 정확도가 높은 분자표지를 개발할 수 있을 것으로 기대한다 (표 9). Candidate genes in the region with the dominant QTL on chromosome 8 were searched for. There were 83 total genes, and among them, 4 candidate genes related to disease resistance were searched using annotation information. If molecular markers are created based on SNP mutations within these candidate genes, it is expected that more accurate molecular markers can be developed (Table 9).
(gene annotation)(gene annotation)
상기한 결과들을 요약하면 다음과 같다:The above results are summarized as follows:
양친 계통, 집단 구축, 병저항성 검정 방법 구축, 유전양상을 분석하였다. 구체적으로, 양친 계통과 F1, F2 집단(178개체)을 구축하였으며, KACC40937 덩굴마름병 균주를 이용하여, 잎 병반면적률과 줄기 마름증상 등에 대해 병저항성 검정 방법을 수행하였다. 그 결과, 유전양상 분석 결과, 환경에 영향을 받는 여러 유전자가 관여하는 양적형질 유전자좌(QTL)가 병저항성에 관여하는 것으로 확인하였다. Parental lineage, population construction, disease resistance test method construction, and genetic patterns were analyzed. Specifically, parental lines and F 1 , F 2 groups (178 individuals) were established, and disease resistance test methods were performed for leaf lesion area ratio and stem blight using KACC40937 vine blight strain. As a result, as a result of genetic pattern analysis, it was confirmed that a quantitative trait locus (QTL) in which several genes affected by the environment are involved in disease resistance.
그리고, 양친 리시퀀싱, 다형성 있는 SNP 선발, Fluidigm 및 HRM, KASP 마커의 유전자형을 분석하였다. 구체적으로, 유전자 연관지도를 작성하기 위해, 기존에 개발한 Fluidigm SNP 마커세트와 양친의 염기서열 재분석을 통해 다형성 있는 SNP에 기반한 HRM 마커, 기존 연구에서 공개된 HRM과 KASP 분자표지를 이용하여 F2 집단에 대한 유전자형 분석을 수행하였다. In addition, parental resequencing, SNP selection with polymorphism, Fluidigm and HRM, and KASP marker genotyping were analyzed. Specifically, in order to create a genetic association map, F 2 Genotyping was performed on the population.
또한, 연관지도 작성 및 덩굴마름병 저항성 연관 양적형질 유전자좌(QTL)를 탐색하였고, 그 결과 총 211개의 분자표지의 유전자형 결과를 토대로 유전자 연관지도를 작성하였으며, 총 연관거리는 1070.2cM이었고, 밀도는 5.69cM/마커이었다. 또한, 줄기 마름증상 형질에서 염색체 8번에서 주동 QTL과 염색체 6번에서 미동 QTL을 탐색하였다. In addition, an association map was created and quantitative trait loci (QTL) associated with blight resistance were searched. As a result, a genetic association map was drawn up based on the genotyping results of a total of 211 molecular markers. The total association distance was 1070.2 cM and the density was 5.69 cM. / was a marker. In addition, the main QTL on chromosome 8 and the minor QTL on chromosome 6 were searched for stem blight trait.
그리고, KASP 분자표지 개발 및 수박 자원에 효용성 검정, 후보 유전자를 탐색하였다. 구체적으로, 인접한 분자표지를 HRM 형태에서 KASP 형태로 전환하여 개발하였다. 그 결과, 수박 유전자원 9개과 시판품종 13개에 대해 표현형과 유전자형의 일치 여부를 확인한 결과, 염색체 8번에서 탐색된 QTL 인접한 분자표지에 대해 결과가 일치하는 것을 확인하였다. In addition, KASP molecular marker development, efficacy test on watermelon resources, and candidate genes were searched. Specifically, a contiguous molecular beacon was developed by converting from HRM form to KASP form. As a result, as a result of confirming whether the phenotype and genotype matched for 9 watermelon genetic resources and 13 commercial varieties, it was confirmed that the results matched for the molecular marker adjacent to the QTL searched for on chromosome 8.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to its preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.
<110> REPUBLIC OF KOREA(RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> Molecular marker to select gummy stem blight resistance of watermelon and use thereof <130> RDA-P210013 <160> 12 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)089 Allele-specific 1 (FAM) <400> 1 gaattcaaac tgacatccag cacca 25 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)089 Allele-specific 2 (HEX) <400> 2 aattcaaact gacatccagc accg 24 <210> 3 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)089 Common <400> 3 gtaacgacgg tcaatctgta acgacaa 27 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)092 Allele-specific 1 (FAM) <400> 4 gaggcaacag aagaagaagg cat 23 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)092 Allele-specific 2 (HEX) <400> 5 gaggcaacag aagaagaagg cac 23 <210> 6 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)092 Common <400> 6 gaggcttatc ttacgtttct agttcgttt 29 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS240 Allele-specific 1 (FAM) <400> 7 tgatgagtaa gaaaaagaga ttaaaagcaa aa 32 <210> 8 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS240 Allele-specific 2 (HEX) <400> 8 gatgagtaag aaaaagagat taaaagcaaa g 31 <210> 9 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS240 Common <400> 9 gactcatttc aaaagatttt ctctgaggta 30 <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)185 Allele-specific 1 (FAM) <400> 10 atatgattca tcttggcgga aacaat 26 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)185 Allele-specific 2 (HEX) <400> 11 aaaatatgat tcatcttggc ggaaacaatt 30 <210> 12 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)185 Common <400> 12 tccaaaccat catcatcgct atgactta 28 <110> REPUBLIC OF KOREA (RURAL DEVELOPMENT ADMINISTRATION) <120> Molecular marker to select gummy stem blight resistance of watermelon and use it <130> RDA-P210013 <160> 12 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 25 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)089 Allele-specific 1 (FAM) <400> 1 gaattcaaac tgacatccag cacca 25 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)089 Allele-specific 2 (HEX) <400> 2 aattcaaact gacatccagc accg 24 <210> 3 <211> 27 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)089 Common <400> 3 gtaacgacgg tcaatctgta acgacaa 27 <210> 4 <211> 23 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)092 Allele-specific 1 (FAM) <400> 4 gaggcaacag aagaagaagg cat 23 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)092 Allele-specific 2 (HEX) <400> 5 gaggcaacag aagaagaagg cac 23 <210> 6 <211> 29 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)092 Common <400> 6 gaggcttatc ttacgtttct agttcgttt 29 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS240 Allele-specific 1 (FAM) <400> 7 tgatgagtaa gaaaaagaga ttaaaagcaa aa 32 <210> 8 <211> 31 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS240 Allele-specific 2 (HEX) <400> 8 gatgagtaag aaaaagagat taaaagcaaa g 31 <210> 9 <211> 30 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS240 Common <400> 9 gactcatttc aaaagatttt ctctgaggta 30 <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)185 Allele-specific 1 (FAM) <400> 10 atatgattca tcttggcgga aacaat 26 <210> 11 <211> 30 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)185 Allele-specific 2 (HEX) <400> 11 aaaatatgat tcatcttggc ggaaacaatt 30 <210> 12 <211> 28 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> KASP_WGRS(3)185 Common <400> 12 tccaaaccat catcatcgct atgactta 28
Claims (5)
A composition for identifying watermelon vine blight resistant individuals comprising all of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 12.
상기 서열번호 1 내지 12의 염기서열은 KASP 분자표지인 수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별용 조성물.
According to claim 1,
The base sequence of SEQ ID NOs: 1 to 12 is a KASP molecular marker composition for identifying watermelon blight resistant individuals.
A kit for identifying watermelon blight-resistant individuals comprising the composition of claim 1.
The kit according to claim 3, wherein the kit is a PCR kit, a microarray or a kit for Fluidigm SNP analysis.
수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별하는 단계를 포함하는
수박 덩굴마름병 저항성 개체 식별방법.
Assaying a sample watermelon with the composition of claim 1 or the kit of claim 3; and
Including identifying watermelon vine blight resistant individuals
A method for identifying watermelon vine blight resistant organisms.
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