KR20140087031A - 페피노 모자이크 바이러스 저항성 토마토 식물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 페피노 모자이크 바이러스 (PepMV)에 저항성을 부여하는 유전 결정 인자를 포함하는 토마토 식물 (솔라눔 라이코퍼시쿰 엘.)에 관한 것으로서, 상기 저항성은, 적어도, 연관군 (LG) 6에서, 물리적 위치 32,363,349 bp - 34,505,939 bp 사이, 바람직하게는 33,558,627 bp - 34,505,939 bp 사이에 위치한, QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 연관군 (LG) 7에서, 물리적 위치 60,667,821 bp - 62,460,220 bp 사이, 바람직하게는 61,387,356 bp - 62,253,846 bp 사이에 위치한, QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및/또는 연관군 (LG) 9에서, 물리적 위치 60,998,420 bp - 62,512,587 bp 사이, 바람직하게는 61,494,664 bp - 62,385,023 bp 사이, 더 바람직하게는, 61,723,339 bp - 62,385,023 bp 사이에 위치한, QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트의 존재로 특정된다. 또한, 본 발명은, 종자가 NCIMB에 기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068, 및 NCIMB 42069로 기탁된, 상기 유전 결정 인자를 수득하기 위한 소스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 식물의 종자 및 자손, 및 이의 열매와 가공 열매에 관한 것이다. 아울러, 본 발명은 PepMV 저항성을 부여하는 QTL들과 연관된 분자 마커 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

페피노 모자이크 바이러스 저항성 토마토 식물 {PEPINO MOSAIC VIRUS RESISTANT TOMATO PLANT}
본 발명은 페피노 모자이크 바이러스 (PepMv)에 대한 저항성을 부여하는 유전 결정 인자를 포함하는 토마토 식물 (솔라눔 라이코퍼시쿰 엘.(Solanum lycopersicum L.))에 관한 것이다. 본 발명은, PepMV 저항성을 유도하는 유전 결정 인자의 존재를 동정하기 위한 마커 및 마커의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기한 식물의 종자 및 자손, 그리고 상기한 식물을 수득하기 위한 증식 물질에 관한 것이다. 아울러, 본 발명은, 유전 결정 인자를 포함하는, 식물, 종자 및 증식 물질의, 육종 프로그램의 생식질로서의 용도에 관한 것이다.
토마토 생산을 비롯한 상업적인 채소 생산은 다수 조건들에 영향을 받는다. 특정 품종에 대한 생산자의 선택이 결정 인자가 되며, 달성가능한 결과에 대한 ㅇ전적인 토대가 된다. 아울러, 결과에 영향을 미치는 다수의 외인적인 요인들도 있다. 기후, 토양 및 비료와 같은 투입물의 사용과 같은 생장 조건들이 큰 역할을 한다. 이 외에도, 해충과 질병의 존재도 달성가능한 총 생산량에 영향을 미친다.
토마토에 대한 수많은 질병들은 아주 오래전 토마토를 재배하기 시작한 초기에 알게 되었다. 육종가들은 그 동안 다양한 소스로부터 유래된 상당 수의 질병들에 대해 저항성을 동정하였으며, 생산물에 이를 적용하게 되었다. 이러한 예로는, 광범위한 식물체와 그외 농작물을 감염시킬 수 있는 토바코 모자이크 바이러스 (TMV); 푸사리움 옥시스포룸 f.sp. 라이코퍼시쿰 (Fusarium oxysporum f.sp. lycopersicum) 및 클라도스포리움 풀붐 (Cladosporium fulvum) 또는 "토마토 잎 곰팡이 (tomato leaf mold)"에 대한 저항성이 있다. 오늘날, 이들 질병에 대한 저항성은 모든 시판 토마토 품종들에 거의 일반적이다. 새로운 균주나 관련 질병이 출현할 때마다, 새로운 저항성 소스에 대한 연구가 또 다시 시작된다. 질병에 대한 지식과, 가능성 있는 관련 양상에 대한 기존의 저항성에 대한 지식은 새로운 저항성 소스를 비교적 신속하게 판단하도록 도와준다. 그러나, 일부 질병의 경우, 특히 해충의 경우에는, 높은 수준의 저항성을 가진 물질을 개발하기 매우 어렵거나 또는 현재로서는 불가능하다. 특히, 저항 기전이 매우 복잡하고 서로 상호작용하는 수종의 유전자에 의존하는 경우에는, 양호한 수준의 저항성을 개발하기 위한 도전은 실제 어려울 수 있다.
아울러, 때로는, 기존에 알려진 것과는 관련성이 없는 전혀 새로운 질병도 출현한다. 이 경우, 저항성을 개발할 수 있는 가능성이 가장 높은 생식질이 무엇인지에 대해서 전혀 알지 못한다. 또한, 저항 기전 역시 알지 못하여, 새로운 저항성의 개발이 더욱 어려워진다. 더욱 어렵게하는 요인으로서, 저항성 식물을 감수성 식물과 비교하기 위한 우수한 생물-분석이 필요하다는 것이다. 새로운 병원체에 대해 거의 모른다면, 먼저 이 병원체가 토마토 식물을 감염시킬 수 있는 방법을 찾아야 한다. 생산자 농장의 상황과는 무관한 생물-분석은 모순되거나 또는 만족스럽지 않은 결과로 이어질 수 있다. 테스트시에 너무 약하거나 또는 너무 강한 접종으로는 실제 저항성 토마토 식물을 구축하기 위해 사용할 수 있는 유용한 물질을 얻지 못할 것이다. 끝으로, 최종적인 검사는 생산지의 조건에서 내성을 유지하는 지의 여부이다.
1999년도에, 유럽에서 상업적인 토마토 생산지, 특히 온실에서 새로운 바이러스가 발생하였다. 이 바이러스는 매우 빠르게 농장 전체로 퍼졌으며, 이웃한 생산지에도 쉽게 감염되었다. 이 바이러스는 감염성과 존속성이 높은 것이 특징적인 포텍스 그룹 (Potex Group)에 속하는 페피노 모자이크 바이러스인 것으로 곧 동정되었다.
페피노 모자이크 바이러스 (PepMV)는 1974년도에 페루에서 기원한 식물인, 남아프리카 작물 페피노 또는 퍼 멜론 (pear melon) (솔라눔 무리카툼 (Solanum muricatum))에서 최초로 동정되었다. 그 당시, 토마토와 관련 야생 종들이 감염되었지만 증상은 없는 것으로 확인되었었다.
바이러스가 어떻게 유럽 토마토 생산지, 그리고 이 후 예를 들어, 캐나다 및 미국에 갑자기 등장한 것인지는 아직까지 파악되지 않고 있다. 수종의 여러가지 PepMV 유전자형들이 동정되었고, 페루에서 출현한 오리지날 종인 LP; 유럽 온실에서 발생한 EU; 칠레에서 발생한 CH1과 CH2; US1과 US2로 구분된다.
시판 토마토 농작물에 존재하는 PepMV 분리주들이, 페피노 농작물에서 수득한 분리주들에 비해 토마토에 대한 병독성이 더 강하며, 이는, 바이러스가 유전적으로 적응했다는 것을 시사한다. PepMV는 토마토 작물에 대한 작업시 행해지는 일상적인 행위를 통해 매우 쉽게 기계적으로 전파된다. 따라서, 매우 빈번하게 감염된 식물들을 이후 계속 볼 수 있다. 또한, 도구, 옷 등은, 수 주간 바이러스를 전파할 수 있으며, PepMV는 길게는 3달간 건조한 식물 물질에도 잔류할 수 있다. 토마토 생산지가 일단 감염되면, 바이러스를 제거하기 매우 어렵다.
PepMV 증상은 다양하며, 감염되는 식물의 단계, 식물 품종, 식물의 생명력 및 생장 조건에 크게 좌우된다. 때때로 증상이 거의 나타나지 않지만, 주요 증상 발현은 '네틀 헤드 (nettle heads)' - 회색이 돌고 식물의 끝이 뾰족함 -에, 성장이 저해된 꽃 (stunted heads), 백화된 잎 또는 잎 반점, 및 열매의 고르지 않은 성숙도, 마블링 및 얼룩덜룩한 식물이다. 증상들은 빛이 약한 환경과 저온인 가을과 겨울에 가장 잘 나타난다.
PepMV로 인한 토마토 생산 저하는 또한 상황에 따라 크게 달라질 수 있다. 심하게 감염된 작물의 경우, 손실이 최대 20%에 달할 수 있다. 다른 병원체, 예를 들어 버티실리움 spp. (Verticilium spp.)의 존재 역시 수확량 감소에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
PepMV의 매우 용이한 전파로 인해, 엄격한 위생 프로토콜이 다수 국가들에서 많은 생산자들에 의해 수행되고 있다. 또한, PepMV가 감염된 종자를 통해 전파될 수 있는 것으로 추정되어, 종자 생산 및 종자 세척에 대한 위생 프로토콜도 매우 엄격하다.
EU에서는, 토마토 종자를 수입하거나 거리할 땐 PepMV가 없어야 한다. EU 가입국들에서는 토마토 종자에 바이러스가 없는지를 확인하기 위한 조사를 행할 것을 요구하고 있다.
바이러스가 상업적인 생산지를 감염시킨 후에는 박멸하기 매우 어려운 것으로 확인되어, 오늘날에는 다수의 생산자들이 공격적인 분리주들에 의해 야기되는 심각한 증상들을 방지하기 위해, '교차-방어': 마일드한 PepMV 분리주를 농작물에 접종하는 방법에 의존하고 있다. 그러나, 이 시스템은 몇가지 위험성을 초래한다. 특정의 마일드한 분리주가 특정 공격형 분리주와 조합되어, 특히 이들 분리주가 다른 유전자형으로부터 기원한 경우, 증상이 사라지는 것이 아니라 오히려 강화될 수 있다 (Hanssen et al, Plant Pathology 59, 13-21 (2010)). 공격적인 분리주가 특정 지역 또는 특정 계절에 발생할 것이라는 것을 사전에 알지 못하기 때문에, 잠재적으로 유해한 조합을 방지할 수 없다. 아울러, 마일드한 분리주는 오히려 동정하기 어렵기 때문에 어떤 것이 이용되고 있는지가 항상 명확한 것은 아니다.
바이러스 유전자형이 조합되는 경우의 다른 위험성은 균주들 간에 유전자 재조합 가능성인데, 이로 인해 새롭고, 잠재적으로는 심지어 더욱 파괴적인 바이러스 분리주가 만들어질 수 있다 (Hanssen et al., European Journal of Plant Pathology 121, 131-146 (2008); Hasiow-Jaroszewska et al., Acta Biochimica Polonica 57, 385-388 (2010)).
토마토에서 PepMV에 대한 저항성 소스 연구가 처음부터 집중적으로 이루어졌지만, 지금까지 저항성 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물은 유용하지 않다. 저항성에 대한 유전자 구성과 탐색용 바이오-분석은 매우 복잡하여, PepMV 저항성을 가진 재배 토마토 물질에 대한 보고서나 공지가 없는 실정이다. 지속적인 저항성은 재배 토마토와 교배할 수 없는 솔라눔 오크란툼(Solanum ochranthum)에서만 확인되었다.
본 발명의 과제는 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 유도하는 유전 결정 인자를 가지고 있는 토마토 식물 (솔라눔 라이코퍼시쿰 L.)을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 토마토 식물 (솔라눔 라이코퍼시쿰)에서 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성에 기여하는 QTL을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 PepMV 저항성을 유도하는 유전 결정 인자를 동정할 수 있는 마커를 제공하는 것이다.
이에, 본 발명은, 저항성이 적어도 하기 저항성 부여 파트의 존재로 특정되는, 페피노 모자이크 바이러스 (PepMV)에 대한 저항성을 부여하는 유전 결정 인자를 포함하는, 토마토 식물 (솔라눔 라이코퍼시쿰)을 제공한다:
- 32,363,349 bp에서 34,505,939 bp 사이의 물리적 위치에서, 바람직하게는 33,558,627 bp에서 34,505,939 bp 사이의 위치에서, 연관군 (LG: Linkage Group) 6에 위치한, QTL1, 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및/또는
- 60,667,821 bp에서 62,460,220 bp 사이의 물리적 위치에서, 바람직하게는 61,387,356 bp에서 62,253,846 bp 사이의 위치에서, 연관군 (LG) 7에 위치한, QTL2, 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및/또는
- 60,998,420 bp에서 62,512,587 bp 사이의 물리적 위치에서, 바람직하게는 61,494,664 bp에서 62,385,023 bp 사이의 위치에서, 더 바람직하게는, 61,723,339 bp에서 62,385,023 bp 사이의 위치에서, 연관군 (LG) 9에 위치한, QTL3, 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트.
2 이상의 QTL들로 구성된 복합적인 저항성 기전을 동정하는 것은 어렵고 복잡한 프로세스이다. 이 저항성에 대한 유전자 백그라운드에 대한 내용은 알려진 바 없다. 아울러, 솔라눔 라이코퍼시쿰에 대한 신뢰할 수 있는 PepMV 스크리닝 방법도 공개적으로 입수가능하지 않다. 즉, 본 발명을 개발함에 있어, 추가적으로 어려운 부분은, 생산지의 조건에 잘 부합되는 결과를 보여주는, 솔라눔 라이코퍼시쿰에 대한 우수하고 신뢰할 수 있는 바이오 분석을 설계하기 위한 도전이었다.
본 발명의 토대가 된 연구에서는, PepMV 저항성을 유도하는 본 발명의 유전 결정 인자가 2 이상의 QTL들을 포함하며, 이들 QTL들이 솔라눔 라이코퍼시쿰 게놈의 개별 염색체에 위치한다는 것을 추가적으로 밝히게 되었다. 이는 저항성 식물을 구축하기 어렵게 하는 부가적인 요소이다.
일 구현예에서, PepMV 저항성은 하기 중 하나 이상의 존재로 특정된다:
- QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 또는
- QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 또는
- QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트.
일 구현예에서, 저항성은 QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트의 존재를 특징으로 한다.
저항성-부여 QTL들의 2 이상의 조합은 페피노 모자이크 바이러스에 대해 높은 수준의 저항성을 형성한다.
일 구현예에서, 본 발명은, QTL1, QTL2 및 QTL3 중 하나 이상을 포함하는 유전 결정 인자를 가지고 있는 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물에 관한 것으로, 상기 유전 결정 인자는 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 부여하며, QTL들은 종자가 기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및 NCIMB 42069로 NCIMB에 기탁된 토마토 식물에 포함된다.
일 구현예에서, 상기 결정 인자는 NCIMB에 기탁 번호 NCIMB 41927로 기탁된 종자, 및/또는 NCIMB에 기탁 번호 NCIMB 41928로 기탁된 종자로부터 생장한 식물, 및/또는 NCIMB에 기탁 번호 NCIMB 42068로 기탁된 종자로부터 생장한 식물, 및/또는 NCIMB에 기탁 번호 NCIMB 42069로 기탁된 종자로부터 생장한 식물로부터 이입 (introgression)된다.
본 발명의 특정 측면에서, 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물에 이입되는 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 하나 이상은 이의 저항성 부여 파트로 구성된다.
"이입"은, 본원에서, 교배 및 형질이 가시화된 제1 세대에서의 선별을 이용함으로써, 유전 결정 인자를 상기 유전 결정 인자를 보유하지 않은 식물로 투입하는 것을 의미한다. 우성 형질의 경우, 선별은 그 형질을 가진 식물과 그 형질을 가지지 않은 식물을 교배한 F1에서 시작할 수 있다. 열성 형질인 경우, 이는 F2가 적절하다. 다른 예로, 바람직하게는, 다유전자 형질 (polygenic trait)인 경우, 선별은 QTL들과 연관된 분자 마커를 이용하여 수행된다. 마커를 이용한 선별은 원하는 QTL들을 임의 갯수로 가진 식물을 포함하는 임의 세대 또는 개체군에서 행해질 수 있다.
기탁 번호 NCIMB 41927 또는 이의 자손 종자 (progeny seed), 또는 기탁 번호 NCIMB 42068 또는 이의 자손 종자는, LG 6에 위치한 QTL1, 및/또는 LG 7에 위치한 QTL2를 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물에 이입하기 위한 소스로서 적절하게 사용할 수 있다. NCIMB 41927과 NCIMB 42068에서, QTL1은 서열번호 1, 서열번호 4 및 서열번호 5와 연관되며; QTL2는 서열번호 2, 서열번호 6 및 서열번호 7과 연관된다. 기탁 번호 NCIMB 41928 또는 이의 자손 종자는, LG7에 위치한 QTL2, 및/또는 LG9에 위치한 QTL3를 이입하기 위한 소스로서 사용될 수 있다. NCIMB 41928의 경우, QTL2는 서열번호 2, 서열번호 6 및 서열번호 7과 연관되며; QTL3는 서열번호 3, 서열번호 8 및 서열번호 9과 연관된다.
기탁 번호 NCIMB 42069 또는 이의 자손 종자는 LG6에 위치한 QTL1, 및/또는 LG7에 위치한 QTL2, 및/또는 LG9에 위치한 QTL3를 이입하기 위한 소스로 사용될 수 있다. NCIMB 42069에서, QTL1은 서열번호 1, 서열번호 4 및 서열번호 5와 연관되며; QTL2는 서열번호 2, 서열번호 6 및 서열번호 7과 연관되며; QTL3는 서열번호 3, 서열번호 8 및 서열번호 9과 연관된다.
서열 번호들은 표 2에 명시된다.
일 구현예에서, 토마토에 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 부여하는 본 발명의 QTL들 중 하나 이상이 동형접합체 형태로 존재한다. 본 발명의 형질과 관련하여, 저항성 형질을 보유한 식물은, 적합하게는, 이 형질을 보유하지 않은 식물을 이 형질을 보유한 식물과 교배한 후손 (descendant) 중에서 동정하고, 첫 교배로부터 생산된 종자로부터 F2 식물을 생장시키고 자가 생식하는 단계를 거친 후, 원하는 형질을 나타내는 식물을 선별함으로써, 동정할 수 있다. 식물의 선별은 바이오-분석을 통해 표현형을 이용하여 수행하거나, 또는 본 발명의 QTL들 중 하나 이상 또는 그 형질에 기여하는 이의 저항성-부여 파트를 마커를 이용한 선별에 의해 동정함으로써 수행할 수 있다.
본 발명의 QTL들 중 1종, 2종 또는 전체 3종은 열성 방식 (recessive way)으로 저항성을 부여한다. 그 결과 그에 따른 표현형 형질, PepMV에 대한 저항성 역시 열성 방식으로 유전된다. 3종 QTL들 모두가 열성 방식으로 저항성을 부여하는 경우, 표현형 형질을 가지거나 및/또는 본 발명의 3종의 QTL들 모두를 보유한 식물을 선별하기 위해서는, 대규모 F2 식물 개체군을 키워야 한다. 다른 예로, 선별은 낮은 수준의 저항성에서 시작하거나 및/또는 본 발명의 QTL들 중 1 또는 2종에 대해 시작할 수 있다. 또한, 저항성을 부여하는 별개의 유전 결정 인자들은 중간 방식 (intermediate manner)으로 또는 우성 방식 (dominant manner)으로 유전될 수도 있다. 중간 (intermediate) 또는 우성 유전이 이루어지는 경우에는, 표현형 형질을 선별하는 것이 더 용이하다. 최고 수준의 저항성을 수득하기 위한 열성 및/또는 중간 및/또는 우성 QTL들의 조합도 이루어질 수 있다.
선별은 표현형에 대해, 또는 본 발명의 상기 저항성을 부여하는 QTL들의 존재에 대해 행해질 수 있다. 또한, 선별은 하나 이상의 분자 마커를 이용함으로써 행해질 수 있다. 분자 마커를 사용하기 위해서는 스크리닝할 개체군이 보다 소규모이여야 하며, 훨씬 초기 단계에서 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명의 토마토 식물은 하기를 포함한다:
- 기탁물 NCIMB 41927 및/또는 NCIMB 42068 및/또는 NCIMB 42069에서, 서열번호 1, 서열번호 4, 및 서열번호 5 (표 2)로 특정되는 분자 마커와 연관된, QTL1 또는 이의 저항성 부여 파트, 및/또는
- 기탁물 NCIMB 41927 및/또는 NCIMB 41928 및/또는 NCIMB 42068 및/또는 NCIMB 42069에서, 서열번호 2, 서열번호 6, 및 서열번호 7 (표 2)로 특정되는 분자 마커와 연관된, QTL2 또는 이의 저항성 부여 파트, 및/또는
- 기탁물 NCIMB 41928 및/또는 NCIMB 42069에서, 서열번호 3, 서열번호 8, 및 서열번호 9 (표 2)로 특정되는 분자 마커와 연관된, QTL3 또는 이의 저항성 부여 파트.
일 구현예에서, 본 발명의 토마토 식물은, 바람직하게는 서열번호 1, 및/또는 서열번호 4, 및/또는 서열번호 5로 특정되는 분자 마커와 연관된 QTL1; 바람직하게는 서열번호 2, 및/또는 서열번호 6, 및/또는 서열번호 7로 특정되는 분자 마커와 연관된 QTL2; 및 바람직하게는 서열번호 3, 및/또는 서열번호 8, 및/또는 서열번호 9로 특정되는 분자 마커와 연관된 QTL3를 포함한다. 본 발명의 이러한 식물의 대표적인 종자들은 NCIMB 42069로 기탁된다.
본 발명에 따라, QTL1이 토마토 게놈 6번 염색체에 물리적 위치 32,363,349 bp - 34,505,939 bp 사이에 위치하며, 이를 SNP 분자 마커의 존재에 의해 동정할 수 있다는 것이 확인되었다. 이 SNP 마커는 솔라눔 라이코퍼시쿰 게놈의 공개된 물리 지도 버전 SL 2.40에서 34,456,931 bp에 위치하며, 서열번호 1로 특정된다 (표 2). QTL1 영역의 경계를 구분하기 위해 사용할 수 있는 다른 SNP 분자 마커는, 33,558,627 bp에 대한 서열번호 4와 34,505,939 bp에 대한 서열번호 5로 특정된다 (표 2). 기탁물 NCIMB 41927, NCIMB 42068 및 NCIMB 42069의 식물들에서, 이들 SNP 마커들은 QTL1을 표시하며 이와 연관되어 있으므로, 이들 기탁 식물들에서 PepMV에 대한 저항성을 표시해준다.
PepMV 저항성에 기여하는 2번째 QTL인 QTL2는 7번 염색체에서 물리적 위치 60,667,821 bp - 62,460,220 bp 사이에 위치한다. QTL2는, 솔라눔 라이코퍼시쿰 게놈의 공개된 물리 지도 버전 SL 2.40에서 물리적 위치 61,550,890 bp에 위치하는, SNP 마커의 존재를 통해 동정할 수 있다 (표 2). QTL2 영역의 경계를 구분하기 위해 사용할 수 있는 다른 SNP 분자 마커는, 61,387,356 bp에 대한 서열번호 6과 62,253,846 bp에 대한 서열번호 7로 특정된다 (표 2). 기탁물 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및 NCIMB 42069의 식물들에서, 이들 SNP 마커들은 QTL2를 표시하며 이와 연관되어 있으므로, 이들 기탁 식물들에서 PepMV에 대한 저항성을 표시해준다.
PepMV 저항성에 기여하는 3번째 QTL인 QTL3는 9번 염색체에서 물리적 위치 60,998,420 bp - 62,512,587 bp 사이에 위치한다. 이 QTL의 존재는, 솔라눔 라이코퍼시쿰 게놈의 공개된 물리 지도 버전 SL 2.40에서 물리적 위치 61,603,006 bp에 위치하는, SNP 마커에 의해 검출할 수 있으며, SNP 마커는 서열번호 3으로 특정된다 (표 2). QTL3 영역을 동정하기 위해 사용할 수 있는 다른 SNP 분자 마커는, 61,872,648 bp에 대한 서열번호 8과 62,191,735 bp에 대한 서열번호 9로 특정된다 (표 2). 기탁물 NCIMB 41928 및 NCIMB 42069의 식물들에서, 이들 SNP 마커들은 QTL3를 표시하며 이와 연관되어 있으므로, 이들 기탁 식물들에서 PepMV에 대한 저항성을 표시해준다.
일 구현예에서, 페피노 모자이크 바이러스 (PepMV)에 대한 저항성을 부여하는 유전 결정 인자를 포함하는 토마토 식물은, QTL1 - QTL3가 다음과 같이 정의되는, QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및/또는 QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및/또는 QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트의 존재를 동정함으로써 수득가능하다:
- 연관군 (LG) 6에서 물리적 위치 32,363,349 bp - 34,505,939 bp 사이에, 바람직하게는 위치 33,558,627 bp - 34,505,939 bp 사이에 위치한, QTL1;
- LG 7에서 물리적 위치 60,667,821 bp - 62,460,220 bp 사이에, 바람직하게는 위치 61,387,356 bp - 62,253,846 bp 사이에 위치한, QTL2;
- LG 9에서 물리적 위치 60,998,420 bp - 62,512,587 bp 사이에, 바람직하게는 위치 61,494,664 bp - 62,385,023 bp 사이에, 더 바람직하게는 위치 61,723,339 bp - 62,385,023 bp 사이에 위치한, QTL3.
일 구현예에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 방법으로 수득가능한 토마토 식물에 관한 것이다:
a) 종자가 NCIMB 41927 또는 NCIMB 42068로 기탁된, QTL1 및 QTL2를 포함하는 식물 또는 종자가 NCIMB 41928로 기탁된, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을, 상기 유전 결정 인자를 포함하지 않는 식물과 교배하여, F1 개체군을 수득하는 단계;
b) 선택적으로, F1의 식물을 1회 이상 자가생식 및/또는 교배하는 단계를 수행하여, 이후 세대 개체군을 수득하는 단계;
c) 상기 개체군으로부터 QTL1 및/또는 QTL2를 포함하는 식물, 또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계;
d) QTL1 및/또는 QTL2를 포함하는 선별된 식물을, 종자가 NCIMB 41928로 기탁된, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물과 교배하거나, 또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 선별된 식물을, 종자가 NCIMB 41927 또는 NCIMB 42068로 기탁된, QTL1 및 QTL2를 포함하는 식물과 교배하는 단계;
e) 단계 d)에서 수득한 식물을 자가생식하여, 분리 집단 (segregating population)을 수득하는 단계;
f) QTL1 및 QTL2, QTL2 및 QTL3, QTL1 및 QTL3, 또는 QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계.
QTL1 및/또는 QTL2를 먼저, 또는 QTL2 및/또는 QTL3를 먼저, QTL들 중 어느 하나가 결핍된 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물에 이입시킨 다음, QTL2 및/또는 QTL3, 또는 QTL1 및/또는 QTL2를 도입할 수 있다. 후속적인 선별은 페피노 모자이크 바이러스 저항성에 관여하는 상기 QTL들 중 1종, 2종 또는 3종에 대해 행해진다.
추가적인 구현예에서, 본 발명은, 하기 단계를 포함하는 방법에 의해 수득가능한, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 유도하는 유전 결정 인자를 보유한, 토마토 식물에 관한 것이다:
a) 종자가 NCIMB 41927 또는 NCIMB 42068로 기탁된, QTL1 및 QTL2를 포함하는 식물, 종자가 NCIMB 41928로 기탁된, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물, 또는 종자가 NCIMB 42069로 기탁된, QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을, 상기 유전 결정 인자를 포함하지 않는 식물과 교배하여, F1 개체군을 수득하는 단계;
b) 상기 F1의 식물을 1회 이상의 자가생식 및/또는 교배를 수행하여, 이후 세대 개체군을 수득하는 단계;
c) 선택적으로, 상기 개체군으로부터 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 1종 또는 2종을 포함하는 식물을 선별한 다음, QTL1, QTL2 및 QTL3 중 적어도 다른 QTL을 포함하는 식물과 교배하고, 후속적으로 단계 b)를 반복하는 단계;
d) QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계.
추가적인 구현예에서, 본 발명의 토마토 식물은, QTL1 및/또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 제1 부모 식물을 QTL1 및/또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 제2 부모 식물과 교배하고, 선택적으로, 추가적인 자가생식 및/또는 교배 단계 이후에, 후대 세대들에서 QTL1 및 QTL2, QTL 1 및 QTL3, QTL2 및 QTL3, 또는 QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계에 의해 수득가능하다.
추가적인 구현예에서, NCIMB 41927로 기탁된 종자로부터 생장한 식물 또는 NCIMB 42068로 기탁된 종자로부터 생장한 식물은, NCIMB 41928로 기탁된 종자로부터 생장한 식물과 교배하고, 제조되는 F1을 자가생식한 다음, QTL1 및/또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 식물에 대한 선별을 수행한다. 바람직한 측면에서, 선별은, 3종의 QTL들 모두를, 바람직하게는 동형접합성으로 포함하는 식물에 대해, 행해지며, 식물은 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성 또는 면역성이 높은 것이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명은, 하기 단계를 포함하는 방법에 의해 수득가능한 토마토 식물에 관한 것이다:
a) 종자가 NCIMB 42069로 기탁된, QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을, 상기 QTL들을 포함하지 않는 식물과 교배하여, F1 개체군을 수득하는 단계;
b) 상기 F1의 식물을 1회 이상의 자가생식 및/또는 교배를 수행하여, 이후 세대 개체군을 수득하는 단계;
c) 선택적으로, 상기 개체군으로부터 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 1종 또는 2종을 포함하는 식물을 선별한 다음 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 적어도 다른 QTL을 포함하는 식물과 교배하고, 후속적으로 단계 b)를 반복하는 단계;
d) QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계.
QTL1, QTL2 및/또는 QTL3를 임의 갯수로 포함하는, 바람직하게는 QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는, 더 바람직하게는, QTL1, QTL2 및 QTL3 모두를 동형접합적으로 포함하는, 본 발명의 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물을 수득하는 방법은, 당업자에게 공지된 다양한 방식들로 수행할 수 있다. 상기 식물을 수득하기 위해 사용되는 소스는, 적절하게는, QTL1, QTL2 또는 QTL3를 포함하는 식물, QTL1 및 QTL2, QTL2 및 QTL3 또는 QTL1 및 QTL3를 포함하는 식물, 또는 QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물이다. QTL1 및 QTL2를 포함하는 적합한 소스의 종자는 기탁 번호 NCIMB 41927 또는 NCIMB 42068로 NCIMB에 기탁되었으며, QTL2 및 QTL3를 포함하는 적합한 소스의 종자는 기탁 번호 NCIMB 41928로 NCIMB에 기탁되었다.
QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 적합한 소스의 종자는 기탁 번호 NCIMB 42069로 NCIMB에 기탁되었다.
명백하게도, 본 발명의 하나 이상의 유전 결정 인자를 제공하는 부모가 반드시 기탁된 종자에서 직접 생장시킨 식물인 것은 아니다. 또한, 부모는 상기 종자의 자손 식물이거나, 또는 다른 수단에 의해 본 발명의 QTL들 중 1종, 2종 또는 3종을 포함하는 유전 결정 인자를 가지는 것으로 동정된 종자들의 자손 식물일 수 있다.
페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성은 자연 감염 또는 접종과 같은 인위적인 감염시 페피노 모자이크 바이러스 감염의 결과인 증상들의 완화 또는 부재이다. 증상들의 완화 또는 부재는, 실시예 2에 따라 테스트한 바와 같이, 본 발명의 유전 결정 인자 또는 하나 이상의 QTL을 보유하지 않은 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물과의 비교에 따른 것이다.
본 발명의 바람직한 측면에서, QTL1의 동형접합성 존재, QTL2의 동형접합성 존재 및 QTL3의 동형접합성 존재는 최고 수준의 저항성 또는 면역을 유발한다. 최고 수준의 저항성 또는 면역성은 열성 방식으로 유전된다.
본 발명의 저항성은 바람직하게는 면역이다. 면역은, 접종 또는 감염된 후, 바이러스 입자가 식물에서 축적되지 않거나 또는 유의하게 축적되지 않은, 저항 시스템으로서 정의된다. 면역성은 바이러스 입자에 대한 ELISA를 통해 측정할 수 있으며, 분석은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 면역성은 ELISA 분석에서 낮은 또는 네거티브 수치를 나타낸다. 낮은 또는 네거티브 수치는 비-바이러스-감염 식물에 상응하는 바이러스 역가를 나타낸다. 면역성은 동형접합체 형태의 적어도 QTL1, QTL2 및 QTL3의 존재에 의해 적절하게 부여된다.
아울러, 본 발명은 청구한 토마토 식물의 세포에 관한 것이다. 상기한 세포는 분리된 형태이거나, 또는 토마토 식물 완전체의 일부이거나 또는 이의 일부분들일 수 있으며, 상기한 세포가 본 발명의 토마토 식물을 정의하는 저항성 특징들을 형성하는 유전자 정보를 이의 유전자 구성에 보유하고 있기 때문에, 여전히 본 발명의 세포를 구성한다. 본 발명에 따른 토마토 식물의 각 세포는 상기 형질을 표현형으로 발현시키는 유전자 정보를 가진다. 이러한 본 발명의 세포는 또한 본 발명의 새로운 토마토 식물을 재생하기 위해 사용할 수 있는 재생가능한 세포일 수 있다.
또한, 본 발명은 청구한 식물의 조직에 관한 것이다. 조직은 본 발명의 토마토 식물을 규정하는 저항성 특징들을 형성하는 유전자 정보를 자신의 유전자 구성에 보유한 세포를 포함한다. 조직은 미분화된 조직이거나 이미 분화된 조직일 수 있다. 미분화된 조직은, 예를 들어, 생장점 (stem tip), 꽃밥, 꽃잎, 화분이며, 본 발명의 새로운 식물로 생장하는 새로운 묘목을 수득하기 위한 미세번식에 사용될 수 있다. 또한, 조직은 본 발명의 세포로부터 생장될 수 있다.
다른 측면에 따른 본 발명은 청구된 식물의 종자에 관한 것이다. 종자는 본 발명의 토마토 식물의 유전 형질을 나타내진 않지만, 이 종자로부터 식물을 키웠을 때 이 식물이 본 발명의 식물이 되는 저항성 특징을 발현하는 유전자 정보를 종자가 보유한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 식물, 세포, 조직 및 종자의 자손에 관한 것이다. 이들 자손은 식물, 세포, 조직 또는 종자 자체일 수 있다.
본원에서, 용어 "자손"은 PepMV 저항성을 발현하는 유전 결정 인자를 포함하는 본 발명의 식물과 교배한 첫번째 그리고 그 이후의 모든 후대를 의미한다. 본 발명의 자손은 PepMV 저항성을 발현하는 형질을 가지고 있는 본 발명의 식물과 임의 교배한 후대들이다. 일 구현예에서, 본 발명의 자손 식물은 페피노 모자이크 바이러스 (PepMV)에 대해 저항성을 발현하는 본 발명의 유전 결정 인자를 구성하는 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 하나 이상을 가진다. 바람직하게는, 자손은 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 2이상, 더 바람직하게는 본원에 정의된 바와 같이 QTL1, QTL2 및 QTL3 3종 모두를 포함한다.
자손 식물은, 바람직하게는, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 일정 수준 이상의 저항성, 특히 높은 수준의 저항성, 보다 구체적으로 페피노 모자이크 바이러스에 대한 면역성을 나타낸다.
또한, "자손"은, 본 발명의 PepMV 저항성 형질을 발생시키는 유전 결정 인자를 가지고 있으며, 영양 생식 또는 증식 (multiplication)을 통해 다른 식물 또는 본 발명의 식물의 자손으로부터 수득되는, 식물을 포괄한다.
이에, 본 발명은 또한 청구된 식물의 종자 및 유성 생식에 적합한 식물의 일부분에 관한 것이다. 상기한 일부분은 예를 들어, 소포자, 화분, 씨방, 배주, 배낭 및 난세포로부터 선택된다. 아울러, 본 발명은, 영양 생식에 적합한 식물의 일부분, 특히 삽목 (cutting), 뿌리, 줄기, 세포 및 원형질체에 관한 것이다.
본 발명의 추가적인 측면에 따라, 본 발명은 청구된 식물의 조직 배양물을 제공한다. 조직 배양물은 재생가능한 세포를 포함한다. 이러한 조직 배양물은 잎, 화분, 배, 자엽, 배축, 분열 세포, 뿌리, 근단, 꽃밥, 꽃, 종자 및 줄기로부터 선택된다. 조직 배양물은 본 발명의 유전 결정 인자를 가지고 있는 식물로 재생될 수 있다. 적합하게는, 재생된 식물은 페피노 바이러스에 대한 저항성 표현형을 발현한다.
아울러, 본 발명은, 제1 부모 식물을 제2 부모 식물과 교배하는 단계와 제조되는 하이브리드 종자를 회수하는 단계를 포함하는, 하이브리드 종자를 생산하는 방법 및 하이브리드 종자에 관한 것으로서, 상기 제1 부모 식물 및/또는 상기 제2 부모 식물은 청구하는 식물이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 PepMV 저항성 형질을 가지는 동계 교배체 (inbred) 및 배가 반수체 (doubled haploid)에 관한 것이다.
일 구현예에서, 본 발명은 PepMV에 대한 저항성을 발현하는 본 발명의 유전 결정 인자를 가지며, 통상적인 육종 또는 유전자 변형에 의해, 특히 시스제네시스 (cisgenesis) 또는 트랜스제네시스 (transgenesis)에 의해 적합한 소스로부터 유래된 형질을 담당하는 유전자 정보를 도입함으로써, 상기 결정 인자를 획득한, 본 발명의 토마토 식물에 관한 것이다. 시스제네시스는 작물 자체 또는 생식적으로 적합한 (sexually compatible) 공여 식물로부터 유래된, (농업적) 형질을 코딩하는 천연 유전자를 이용한 식물의 유전자 변형을 의미한다. 트랜스제네시스는 교배가 불가능한 종들로부터 유래된 유전자나 합성 유전자를 이용한 식물의 유전자 변형을 의미한다.
일 구현예에서, 본 발명의 유전 결정 인자를 획득하기 위한 소스는, 대표 샘플이 기탁 번호 NCIMB 41927, 기탁 번호 NCIMB 41928, 기탁 번호 42068 또는 기탁 번호 NCIMB 42069로 기탁된 종자, 기탁된 종자들, 이들의 유성생식 또는 영양생식의 후대, 상기 유전 결정 인자를 포함하는 다른 소스, 또는 이들 소스들의 조합으로부터 생장시킨 식물에 의해 구성된다.
바람직한 구현예에서, 본 발명은 솔라늄 라이코시쿰 비-형질전환 식물에 관한 것이다. 페피노 모자이크 바이러스에 저항성인 본 발명의 식물을 수득하기 위해, 본 발명의 QTL1, QTL2 또는 QTL3 중 하나 이상을 획득하기 위한 소스는, 적절하게는, NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및/또는 NCIMB 42069에 포함된 바와 같이, QTL1, QTL2 및/또는 QTL3를 가진 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물이거나, 또는 다른 예로, 솔라눔 라이코퍼시쿰과 교배할 수 있으며 상기 QTL들 중 하나 이상을 가진 솔라눔에 속하는 종들의 식물이다. 선택적으로, 관련 종들과 교배한 후, 배 회생 (embryo rescue), 역교배 또는 그외 당업자들에게 공지된 기법 등의 기법을 수행하여, 종간 교배한 종자를 수득할 수 있으며, 종자는 페피노 모자이크 바이러스에 저항성을 나타내는 솔라눔 라이코퍼시쿰 비-형질전환 식물을 추가로 개발하기 위한 소스로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 식물의 생식질 (germplasm)에 관한 것이다. 상기 생식질에는 유기체의 유전되는 모든 특징들이 포함되며, 본 발명에 따라 본 발명의 형질을 적어도 포함한다. 생식질은 PepMV 저항성 토마토 식물을 개발하기 위한 육종 프로그램에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 식물에 의해 생산되는 토마토 열매에 관한 것이다. 본 발명은, 아울러, 청구된 토마토 식물의 열매 또는 이의 일부분을 포함하는, 식품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가공된 형태의 식품에 관한 것이다.
일 측면에서, 본 발명은, 하기 단계를 포함하는, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물의 생산 방법에 관한 것이다:
a) 종자가 NCIMB 41927 및 NCIMB 42068로 기탁된, QTL1 및 QTL2를 포함하는 식물 또는 종자가 NCIMB 41928로 기탁된, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을, 상기 유전 결정 인자를 포함하지 않는 식물과 교배하여, F1 개체군을 수득하는 단계;
b) 선택적으로, 상기 F1의 식물을 1회 이상 자가생식 및/또는 교배를 수행하여, 이후 세대의 개체군을 수득하는 단계;
c) 상기 개체군으로부터 QTL1 및/또는 QTL2를 포함하는 식물, 또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계;
d) QTL1 및/또는 QTL2를 포함하는 선별된 식물을 종자가 NCIMB 41928로 기탁된, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물과 교배하거나, 또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 선별된 식물을 종자가 NCIMB 41927 및 NCIMB 42068로 기탁된 QTL1 및 QTL2를 포함하는 식물과 교배하는 단계;
e) 단계 d)에서 수득한 식물을 자가생식하여 분리 집단을 수득하는 단계;
f) QTL1 및 QTL2, QTL2 및 QTL3, QTL1 및 QTL3, 또는 QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계.
본 발명은 아울러 하기 단계를 포함하는 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물의 생산 방법에 관한 것이다:
a) 종자가 NCIMB 41927 또는 NCIMB 42068로 기탁된, QTL1 및 QTL2를 포함하는 물, 종자가 NCIMB 41928로 기탁된, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물, 또는 종자가 NCIMB 42069로 기탁된, QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을, 상기 유전 결정 인자를 포함하지 않는 식물과 교배하여, F1 개체군을 수득하는 단계;
b) 상기 F1의 식물을 1회 이상의 자가생식 및/또는 교배를 수행하여, 이후 세대 개체군을 수득하는 단계;
c) 선택적으로, 상기 개체군으로부터 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 1종 또는 2종을 포함하는 식물을 선별한 다음 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 적어도 다른 QTL을 포함하는 식물과 교배하고, 후속적으로 단계 b)를 반복하는 단계;
d) QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계.
일 측면에서, 본 발명은, QTL1 및/또는 QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 제1 부모 식물을 QTL1, QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 제2 부모 식물과 교배하고, 이후 세대들에서, 선택적으로, 추가적인 자가생식 및/또는 교배 단계 이후에, QTL1 및 QTL2, QTL 1 및 QTL3, QTL2 및 QTL3, 또는 QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계를 포함하는, 토마토 식물의 생산 방법에 관한 것이다.
바람직한 측면에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 토마토 식물의 생산 방법에 관한 것이다:
a) 종자가 NCIMB 42069로 기탁된, QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을, 상기 QTL들을 포함하지 않는 식물과 교배하여, F1 개체군을 수득하는 단계;
b) 상기 F1의 식물을 1회 이상의 자가생식 및/또는 교배를 수행하여, 이후 세대 개체군을 수득하는 단계;
c) 선택적으로, 상기 개체군으로부터 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 1종 또는 2종을 포함하는 식물을 선별한 다음 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 적어도 다른 QTL을 포함하는 식물과 교배하고, 후속적으로 단계 b)를 반복하는 단계;
d) QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계.
본 발명은, 부가적으로, 하기 단계를 포함하는, 토마토 식물에 원하는 형질을 도입하는 방법을 제공한다:
a) 종자가 기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및 NCIMB 42069로 NCIMB에 기탁된, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을, 원하는 형질을 포함하는 제2 토마토 식물과 교배하여, F1 개체군을 생산하는 단계;
b) 상기 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성과 상기 원하는 형질을 포함하는 F1 자손을 선별하는 단계;
c) 선별된 F1 자손을 한쪽 부모와 교배하여, 역교배 자손을 생산하는 단계;
d) 상기 원하는 형질과 사익 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 역교배 자손을 선별하는 단계; 및
e) 선택적으로, 단계 c)와 단계 d)를 연속하여 1번 이상 반복하여, 상기 원하는 형질과 상기 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 선별된 4세대 또는 그 이상의 역교배 자손을 생산하는 단계.
본 발명은 본 방법에 의해 생산된 토마토 식물 및 이로부터 수득되는 토마토 열매를 포함한다.
본 발명의 유전 결정 인자를 포함하는 식물에 대한 선별은, 대안적으로, 본 방법의 임의의 교배 단계 또는 자가생식 단계 이후에 행해질 수 있다.
일 구현예에서, 유전 결정 인자를 포함하는 식물은 동계 교배체, 하이브리드, 배가 반수체 또는 분리 집단의 식물이다.
본 발명은, 또한, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 발현하는 상기 유전 결정 인자를 포함하는 배가 반수체 계통을 만들기 위해, 배가 반수체 제조 기법을 이용함으로써, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물의 생산 방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 하이브리드 종자, 및 제1 부모 식물을 제2 부모 식물과 교배하여 수득되는 하이브리드 종자를 수확하는 단계를 포함하는 하이브리드 종자를 생산하는 방법에 관한 것으로서, 상기 제1 부모 식물 및/또는 제2 부모 식물은 청구된 바와 같은 식물이다.
일 구현예에서, 본 발명은, 제1 부모 토마토 식물을 제2 부모 토마토 식물과 교배하여 수득되는 하이브리드 토마토 종자를 수확하는 단계를 포함하는, 하이브리드 토마토 식물 생산 방법에 관한 것으로서, 상기 제1 부모 토마토 식물 및/또는 제2 부모 토마토 식물은 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 발현하는 본 발명의 유전 결정 인자, 특히 본원에 기술된 유전 결정 인자를 포함한다.
또한, 본 발명은, 토마토 식물을 재배하기 위해, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 발현하는 유전 결정 인자를 자신의 게놈에 포함하는 종자를 이용함으로써, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을 생산하는 방법에 관한 것이다. 이 종자는 적합하게는 대표 샘플이 기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 또는 NCIMB 42069로 NCIMB에 기탁된 종자이다.
또한, 본 발명은, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을 생장시키는 단계, 식물에서 종자를 생산하는 단계 및 상기 종자를 수확하는 단계를 포함하는, 종자 생산 방법에 관한 것이다. 종자 생산은 적합하게는 교배 또는 자가생식에 의해 행해진다.
일 구현예에서, 본 발명은, 조직 배양을 이용한, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을 생산하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 영양 생식을 이용함으로써 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을 생산하는 방법에 관한 것이다.
일 구현예에서, 본 발명은, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 발현하는 본 발명의 유전 결정 인자를 토마토 식물에 도입하기 위해 유전자 변형 방법을 이용함으로써, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을 생산하는 방법에 관한 것이다. 유전자 변형은 교배가 불가능한 종들의 유전자 또는 합성 유전자를 이용한 형질전환 변형 또는 트랜스제네시스, 및 (농업) 형질을 코딩하는 작물 자체로부터 유래되거나 생식적으로 적합한 공여 식물로부터 유래되는 천연 유전자를 이용한 시스제닉 변형 또는 시스제네시스를 포함한다.
또한, 본 발명은, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을 개발하기 위한 육종 방법에 관한 것으로서, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 발현하는 유전 결정 인자를 포함하는 생식질이 사용된다. 유전 결정 인자를 포함하는 상기 식물의 대표 종자는 NCIMB에 기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및 NCIMB 42069로 기탁되었다.
추가적인 구현예에서, 본 발명은, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 부여하는 본 발명의 유전 결정 인자를 포함하는 식물의 자손 또는 증식 물질이 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 다른 토마토 식물에 이입하기 위한 소스로서 사용되는, 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 포함하는 토마토 식물을 생산하는 방법에 관한 것이다. 유전 결정 인자를 포함하는 상기 식물의 대표 종자들은 NCIMB에 기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및 NCIMB 42069로 기탁되었다.
본 발명은, 바람직하게는, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 나타내는 토마토 식물을 제공하며, 식물은 본원에 기술된 임의 방법으로 수득가능하다.
또한, 본 발명은, 본원에 기술된 바와 같이 PepMV 저항성 토마토 식물을 생장시키는 단계 및 이 식물에서 토마토 열매를 생산하는 단계, 및 선택적으로 상기 열매를 수확하는 단계를 포함하는, 토마토 열매의 생산 방법에 관한 것이다.
용어 '유전 결정 인자' 및 '유전 결정 인자들'은 본원에서 본원에 기술된 바와 같이 하나 이상의 QTL들, 유전자 또는 대립유전자들을 포괄한다. 이들 용어는 상호 호환적으로 사용된다.
일 측면에서, 본 발명은 솔라눔 라이코퍼시쿰 게놈에 존재하는 SNP 분자 마커에 관한 것으로서, SNP 분자 마커는 솔라눔 라이코퍼시쿰에서 페피노 모자이크 바이러스에 저항성을 부여하는 QTL과 유전자 측면에서 연관되어 있으며, SNP 분자 마커는 서열번호 1-9 중 임의의 서열로 특정된다. 서열번호 1-9는 표 2에서 정의된다.
다른 측면에서, 본 발명은, 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물에서 페피노 모자이크 바이러스 저항성을 부여하는 QTL을 동정하기 위한, 표 2에 정의된 서열번호 1-9 중 임의의 서열로 특정되는 분자 마커의 용도에 관한 것이다.
유전 결정 인자 또는 QTL은 분자 마커를 사용함으로써 동정할 수 있다. 유전 결정 인자 또는 QTL은 다른 예로 유전자 지도 상의 위치로 식별될 수 있거나, 또는 연관군 또는 염색체에서의 위치 표시로 식별될 수 있다. 유전 결정 인자 또는 QTL이 더 이상 특정 분자 마커와 연관되진 않지만, 이의 염색체에서의 위치가 유전자 지도에 표시된 바와 달라지지 않은 경우, 유전 결정 인자는 분자 마커와 연결되었을 때와 여전히 동일하다. 따라서, 이것이 부여하는 유전 형질 역시 여전히 동일하다.
'유전 형질'은 유전 결정 인자에 의해 부여되는 형질 또는 특징이다. 유전 형질은 예를 들어 바이오-분석을 수행함으로써, 표현형을 통해 동정할 수 있다. 그러나, 표현형 분석을 수행할 수 없는 식물 단계에서는 유전 형질을 유도하는 유전자 정보를 가지고 있을 수 있다. '형질' 또는 '표현형 형질'은 '유전 형질' 대신 사용될 수 있다. 아울러, 열성 형질인 경우, 이형접합성 식물들도, 동형접합성 형태로 존재할 때 PepMV 저항성 형질을 야기하는, 유전자 정보를 가진다. 이러한 식물은 저항성 대립유전자의 소스이며, 또한 본 발명의 일부이다.
분자 마커가 없거나 또는 유전 결정 인자와 마커 간의 재조합이 발생하여 마커가 더 이상 예측 인자가 아닌 경우, 유전 결정 인자의 동등성은 대립성 검사를 통해 결정할 수 있다. 대립성 검사를 수행하기 위해, 본 발명의 공지 결정 인자에 대해 동형접합성인 테스터 식물을, 자신의 유전 결정 인자에 대해 동형접합성인 테스트할 물질과 교배한다. 교배한 F2에서 형질 분리가 관찰된다면, 상기 유전 결정 인자는 동등하거나 동일한 것으로 입증된다.
특정 형질에 대해 유전자가 1개 보다 많은 수가 관여하며, 대립성 검사에서 동등한 것으로 결정된다면, 이 검사를 수행한 당업자는 적절하게 수행한 검사에서 모든 관련 유전자들이 동형접합체로서 존재한다는 것을 확신하게 된다.
유전자 지도는 조립하는 방법에 따라 달라질 수 있다. 당해 기술 분야의 당업자라면 유전자 지도를 비교 및 조합하는 방법을 알고 있으며, 이로써 유전자 지도 간의 차이를 없애거나 최소화할 수 있다. 하나의 유전자 지도에서 나온 정보는 따라서 다른 유전자 지도로 옮겨지거나 번역될 수 있다. 본원에서 위치는 2011년 1월에 공개된 토마토 게놈의 공개된 물리 지도 SL2.40을 토대로 한다 (http://solgenomics.net/genomes/Solanum_lycopersicum/genome_data.pl).
본 발명의 유전 결정 인자를 토대로 한 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성은 한가지 이상의 공지된 PepMV 유전자형에 대한 저항성을 포함한다. 공지된 유전자형으로는 LP, EU, CH1, CH2, US1 및 US2를 포함하며, 이들은 당업자들에게 공지되어 있다. 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성은 또한 현재 동정되지 않은 PepMV 유전자형에 대한 저항성도 포함할 수 있다. 아직 동정되지 않은 PepMV 유전자형은 현재 식물에 감염되지만 아직까지 페피노 모자이크 바이러스에 속하는 것으로 특정되지 않은 유전자형일 수 있다. 또한, 기존 균주에서 개발되는 새로운 PepMV 유전자형, 또는 페피노 모자이크 바이러스로 분류되어질 다른 게놈일 수도 있다.
기탁
페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 발현하는 본 발명의 유전 결정 인자를 포함하는 솔라늄 라이코퍼시쿰 11R.412000 및 11R.446400의 종자들은, 영국 AB21 9YA 애버딘, 벅스번 크레입스톤 에스테이트 페르구손 빌딩에 위치한 NCIMB Ltd에 2012년 1월 13일자로 각각 기탁번호 NCIMB 41927 및 NCIMB 41928로 기탁되었다.
QTL1 및 QTL2를 포함하는 솔라눔 라이코퍼시쿰 12R.4211014의 종자와, QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 본 발명의 유전 결정 인자를 포함하는 솔라늄 라이코퍼시쿰 T 12R.107의 종자는, 영국 AB21 9YA 애버딘, 벅스번 크레입스톤 에스테이트 페르구손 빌딩에 위치한 NCIMB Ltd에 2012년 10월 10일자로 각각 기탁번호 NCIMB 42068 및 NCIMB 42069로 기탁되었으며, 이들 QTL들은 페피노 모자이크 바이러스에 대한 내성을 발생시킨다.
기탁된 종자들은 식물 품종 보호를 위해 규정된 DUS 기준에는 부합되지 않으므로, 식물 품종으로 간주될 수 없다.
본 발명은 후술되는 실시예들에서 추가로 설명될 것이다.
실시예
실시예 1
본 발명의 토마토 식물의 구축
본 발명으로 이어진 연구에서, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 면역화된 솔라눔 페루비아눔 (S. peruvianum) 식물을, 페피노 모자이크 바이러스 저항성에 대한 바이오-분석을 수행함으로써 대상의 생식질에서 동정하였다 (실시예 2 참조). 저항성에 대한 면역성 수준은 연속적인 바이오-분석들을 통해 반복적으로 검증하였다. 다양한 실험들에서 다수의 취득물들에서 스크리닝되었지만, 솔라눔 페루비아눔에서의 면역 또는 고도의 저항성 식물에 대한 이전의 보고는 없었으므로, 솔라눔 페루비아눔에서의 면역성 동정은 매우 놀라운 일이었다.
바이오-분석에서 PepMV에 대해 면역성을 가진 다른 솔라눔 페루비아눔 식물은 동정되지 않았다. 하나의 면역 식물은 자가-불화합성(self-incompatible) 식물이므로, 자가 생식한 종자를 수득할 수 없었다. PepMV에 대한 면역성 유전은 복잡할 것으로 예상되므로, 다른 솔라눔 페루비아눔 식물과 교배하고, 자가생식한 다음 저항성을 선별하는 방법은, 면역성을 유지하기 위한 매우 위험한 방법인 것으로 여겨졌다.
자가-불화합성인 면역성 솔라눔 페루비아눔 소스 식물을 솔라눔 라이코퍼시쿰 계통과 교배하였다. 배 회수를 수행하여, 종간 교배의 F1 자손을 수득하였다. F1을 대상으로 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 스크리닝하였지만, 개체군은 감수성인 것으로 확인되었다.
F1 역시 자가-불화합성이므로, 다양한 F1 식물들 간에 교배를 수행하여, 이후 개발에 사용할 수 있는 F2 개체군을 수득하였다.
매우 많은 수의 F2 식물들을, 동일한 유전자형을 수득하기 위해 각 식물의 삽목을 10개 만듦으로써, 복제시 PepMV 저항성을 테스트하였다. PepMV 저항성 검사에서 저항성이 높은 F2 식물이 겨우 2주 동정되었다. 그러나, 이들 식물에서의 저항성 수준은 여전히 오리지날 솔라눔 페루비아눔 소스의 수준 보다 낮았다.
재배 토마토 타입에 가까워지기 위해, 저항성이 높은 식물을 솔라눔 라이코퍼시쿰 계통과 역교배한 다음 다시 배 회수를 수행하여 BC1 개체군을 수득하였다. BC1을 자가생식하고, 이들로부터 약 15가지의 BC1S1 개체군을 수득하였다. 실시예 2에 기술된 바와 같이, PepMV에 대한 저항성이 높은 식물에 대해, 각 개체군 당 식물 75 - 150주를 스크리닝하였다.
양호한 저항성 수준을 나타내는 BC1S1 식물 7주가 최종적으로 선별되었으며, 이들 식물에서 BC2를 만들었다. 이 BC2 세대를 제조하기 위해 배 회수를 수행하여야 한다. BC2를 다시 자가생식하고, 이후의 스크리닝과 선별을 위한 166종의 BC2S1 패밀리가 이로부터 파생되었다. 이들 각각의 패밀리에서, 식물 150주를 대상으로 저항성을 스크리닝하였다. 각각의 스크리닝은 실시예 2에 기술된 바와 같이 2 단계로 구성된다. 패밀리가 저항성 식물을 양호한 수로 함유하고 있는 것으로 간주되면, 스크리닝을 더 강하고, 덜 희석된 접종원을 이용하여 다시 반복해야 한다. 이런 방식으로, 최고 저항성을 동정할 수 있다.
각각의 역교배 및 자가생식 단계 이후에, 바이오-분석을 수행하여, 저항성이 높은 식물을 동정하고, 높은 수준의 저항성을 검증하였다.
제1 세대에서, PepMV 저항성은 식물의 왜성 생장과 밀접하게 연관된 것으로 입증되었다. 이러한 부작용은 저항성 소스로부터 연관 끌림 (linkage drag)의 결과인 것으로 보였다. 왜성 생장은 명백하게 네거티브 특징이기 때문에, 이런 연관 끌림은 육종에 직접 사용하기에 적용불가한 저항성을 형성한다. 또한, 이런 식물들은 약한 것으로 보여, 장기간 이를 유지하는 것이 어렵기 때문에, 바이오-분석을 수행하기 어렵게 한다. 선별된 왜성 식물로부터 종자 수득도 심지어 더 복잡한 것으로 입증되었다.
아울러, 저항성에 대한 유전자 구성이 매우 복잡한 것으로 밝혀졌다. 심지어 토마토에서 PepMV에 대한 저항성 연구가 오랫 동안 진행되고 있지만, 이 바이러스에 대해 저항성 수준이 높은 솔라눔 라이코퍼시쿰 재배 식물에 대해서는 아직까지 개시된 바 없다. 재배 토마토에 이런 편재된 바이러스에 대한 높은 수준의 저항성을 부가할 수 있는 실현 가능성 문제도 여전히 답해야 한다. 저항성에 대한 유전자 백그라운드와 고난이도의 바이오-분석이 조합된 복합성은 솔라눔 라이코퍼시쿰에 대한 극히 높은 수준의 저항성 또는 면역성을 가진 바람직한 후손 식물을 동정하기 어렵게 하였다.
이에, 실시예 3에 기술된 바와 같이, QTL 맵핑을 수행하여 우선 저항성에 대한 유전자 구성을 명확화하였다. 이후 BC2 세대부터 시작하여, 마커를 이용한 역교배 및 선별을, 표현형 스크리닝과 조합하여 수행하여, 필요한 고수준의 저항성을 발현하는 식물을 검출하였다. 왜성 생장은 6번 염색체의 QTL, 즉 QTL1과 연관된 것으로 확인되었다.
3종의 QTL에 대한 마커들을 이용함으로써, BC2S1에서, 각각 QTL들 중 2개를 동형접합성으로 포함하는, 충분히 높은 수준의 저항성을 가지며, 왜성 성장을 유발하는 연관 끌림을 6번 염색체에 더 이상 가지지 않는, 2종의 패밀리를 개발할 수 있었다. 이들 계통의 종자들을 NCIMB 41927 및 NCIMB 41928로 기탁하였다.
전술한 바와 같이, 추가적인 역교배, 스크리닝 및 선별로 후기 BC4S1 개체군을 제조하였다. 이들 개체군들 중 한 군에서, 2종의 QTL, 즉 QTL1 및 QTL2를 동형접합적으로 포함하는 다른 식물을 선별하여, NCIMB 42068로 기탁하였다.
BC4S1 개체군은 QTL1, QTL2 및 QTL3를 동형접합적으로 가지는, 높은 수준의 저항성 또는 면역성을 가진, 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물을 추가로 포함하고 있었다. 3종의 QTL들 모두를 동형접합적으로 포함하는 이들 식물의 후손들을 NCIMB 42069로 기탁하였다.
실시예 2
페피노 모자이크 바이러스 저항성에 대한 바이오-분석
페피노 모자이크 바이러스는 매우 공격적인 유전자형을 가지지만, 이의 행태와 증상 발현은 예측불가능할 수 있다. 따라서, 저항성 식물을 개발함에 있어, 생산지 조건에서 우수한 품질을 확보하기 위해 충분히 반복적으로 매우 철저한 분석을 수행하는 것이 매우 중요하다.
테스트할 식물들로부터, 수개의 삽목을 만들어, 동일한 유전자형을 가진 몇몇 식물들에서 분석을 행하였다. 이 방법은 "탈출주 (escape)", 즉, 몇가지 이유로 저항성인 것으로 동정된 식물의 선별을 방지하지만, 이런 추정 저항성은 단지 상황으로 인한 것이며, 식물이 저항성을 발생시키는 유전 결정 인자를 포함하고 있기 때문은 아니다. 가장 최상의 방식으로 저항성을 확인하기 위한 반복은, 따라서, 동일한 유전자형을 가진 개체군을 함께 형성하는 삽목에 의해 이루어지며, 이는 신뢰성 높은 바이오-분석 결과를 제공해준다.
바이오-분석을 수행하기 위한 접종물은 감염된 토마토 잎에서 수득한다. 바이오-분석은 비교적 바이러스 역가가 낮은 접종물을 이용하여 착수하며, 접종물은 예를 들어 300배 희석한다. 기계적 접종은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 표준 방법에 의해 행해진다. 이러한 수준에서 PepMV에 대해 표현형 저항성을 나타내는 식물들을 선별한다. 식물들은 PepMV 저항성을 발현하는 하나 이상의 QTL을 포함하는 유전 결정 인자를 포함하고 있다.
저항성 표현형을 가진 식물은, 바람직하게는, 바이오-분석에서 임의의 PepMV 증상을 나타내지 않는 식물이다. 식물 생장부 (vegetative plant part)의 증상은 다를 수 있으며, '네틀 헤드' (회색빛을 띄고, 식물의 끝이 뾰족함), 성장이 저해된 꽃 (stunted heads), 기형 잎, 백화된 잎, 모자이크, 모틀링 또는 잎 반점을 포함한다. 스크리닝한 식물들은 또한 바이오-분석에 포함된 감수성 대조군에 비해 저하된 감수성을 나타낼 수 있으며, 이들 식물들은 특정 수준의 저항성을 가지는 것으로 간주된다. 감수성 대조군은 예를 들어 당해 기술 분야에 지금까지 공지된 임의의 토마토 품종들로부터 선택할 수 있다. 저하된 감수성을 나타내지만 저항성 또는 고도의 저항성 또는 면역을 나타내지 않는 식물은, QTL1, QTL2 및 QTL3를 동형접합적으로 포함하지 않는다.
바람직하게는 높은 수준의 저항성을 가지며 증상을 나타내지 않았던 선별 식물들로부터 한번 더 삽목을 만들어, 어린 식물 단계로 다시 시작한다. 이런 방법에는, 가장 신뢰성 높은 바이오-분석을 수득하기 위해 반복적으로 사용되는 동일한 유전자형이 존재한다. 선별 식물에 바이러스 역가가 높은 접종물을 다시 접종하며, 접종물은 예를 들어 30배 희석된 것이다. 이런 방식으로, PepMV 저항성을 유도하는 최상의 유전 결정 인자를 포함하는 최강 식물을 동정한다. 가장 높은 수준의 저항성 또는 면역성은 바람직하게는 QTL1, QTL2 및 QTL3의 동형접합적인 존재에 의해 달성된다.
광범위한 바이오-분석의 필수 파트로서, ELISA 분석을 수행하여, 선별 식물이 단순 무증상이 아니며 바이러스가 또한 식물에서 증식되지 않는다는 것을 확인한다. 바이러스 축적으로, 궁극적으로, 증상 또는 식물의 쇠약이 나타날 것이며, 따라서 이들 식물은 내구성있는 저항성 소스로서는 유용하지 않다. 이에, ELISA 분석을 통해 선별 식물에 바이러스가 완전히 없다는 것을 검증하는 것이 필수적이다. 바이러스 존재를 확인하기 위한 ELISA 분석 수행은 당업자에게 공지된 표준 방법이다.
ELISA 검사에서 흡광도 (absorption)가 0.1 보다 낮은, 스코어 < 0.1인 식물은, 본 발명의 저항성 식물로서 검증된다. 이들 식물은 비-접종 대조군과 비슷한 흡광도를 가진다. 예컨대 30배 희석된, 고농도의 접종물을 이용한 경우, 비-접종 대조군과 흡광도가 비슷한 흡광도가 0.1 보다 낮은 식물은, 고도의 저항성 또는 면역성으로 특정되는 저항성 기전을 가진다.
농도가 낮은 접종물, 예컨대 300배 희석된 접종물을 사용하였을 때, ELISA 검사에서 흡광도가 0.1 보다 낮은 저항성 식물들을 선별 및 역교배하여, 다음 사이클을 착수한다. 식물이 항구적인 저항성을 가진다는 것을 보증하기 위해, 다양한 농도의 접종물을 이용한 증상 관찰 및 ELISA 검사를 생장 기간 동안 계속 수행한다.
어린 식물에서 바이오-분석을 수행하는 동안에, 바이러스의 증상은 다수 조건들에서는 가시화되지 않는다. 이 경우, ELISA 분석은, 감수성이 감소되거나, 또는 저항성 또는 높은 저항성, 또는 면역성을 가지는 식물의 이런 단계에서, 선별하기 위한 유일한 기반이다. ELISA 분석은 바람직하게는 삽목을 접목한 지 적어도 14일, 적어도 18일 또는 적어도 21일째에 수행하거나, 또는 선택적으로 더 장기간이 경과한 후에, 토마토 식물 생장 기간 중에 수행한다.
페피노 모자이크 바이러스의 특성과 저항 복합성으로 인해, 바이오-분석에 사용하기 위한 최적의 접종물의 농도는 달라질 수 있다. 최적의 농도는, 접종물을 수득하기 위한 소스로서 사용되는 식물에 존재하는 바이러스의 세기와 농도에 따라 다르다. 또한, 최적의 농도는 테스트할 식물에 존재한 QTL들의 갯수에 의존한다. 예를 들어, 본 발명의 QTL들 중 1개 또는 2개만 가진 식물을 선별하기 위해서는, 접종물은 더 낮은 농도로 사용하여야 한다. 접종시 접종물의 희석율은 3배, 30배, 300배, 3000배, 30000배, 또는 바이오-분석이 수행되는 조건에 적합한 것으로 확인된 임의의 다른 농도일 수 있다. 농도는, 감수성 대조군과 저항성 식물 간의 명확한 바이러스 역가 차이를 ELISA 분석에서 측정할 수 있을 경우에, 적합하다.
저항성 식물과 감수성 대조군 식물은 사용되는 접종물 농도가 바이오-분석에서 사용하기 적합한지를 체크하기 위한 기준으로서 항상 포함시키는 것이 필수적이다. PepMV 바이오-분석의 신뢰성의 본질은 이후 2번째 접종물이 농도가 더 높은 2 이상의 다른 접종물 농도의 포함; 저항성 존재를 검증하기 위한, 다수의 동일한 유전자형의, 바람직하게는 삽목을 통한, 사용; 및 바이러스 감소 또는 바이러스 부재, 또는 감소된 감수성 또는 저항성 또는 높은 저항성 또는 면역성을 가진 식물을 선별하기 위한 ELISA 분석을 통한 비-접종 대조군 식물과 유사한 흡광도의 검증에 있다.
표 1
300배 희석한 접종물을 이용한 다양한 BC2S1 패밀리에서의 PepMV 저항성 분리
  하기 흡광도를 가진 식물의 수 #:      
BC2S1 패밀리 < 0,1 > 0,1 & < 1,0 > 1,0 NA % R
6278-8 22 3 120 5 150 14,7
6277-2 34 2 105 0 141 24,1
6277-3 60 2 79 0 141 42,6
6277-16 28 8 106 0 142 19,7
6277-25 35 1 103 3 142 24,6
6278-3 39 18 89 4 150 26,0
6282-3 27 1 109 0 137 19,7
6282-4 28 1 107 1 137 20,4
6282-10 24 1 109 1 135 17,8
6282-11 20 0 114 1 135 14,8
6284-7 23 4 104 0 131 17,6
6284-12 54 5 87 2 148 36,5
표에서, 나타낸 BC2S1 패밀리들은 저항성 식물 (<0.1)과 감수성 식물 (>1.0)로 분리되는 것으로 보인다. 이 단계에서 BC2S1 패밀리들 어느 것도 3종의 QTL들 모두를 동형접합적으로 포함한 것은 없어, 여전히 저항성의 분리가 관찰된다. 이 단계에서 가장 강한 식물을 선별하여, 이후 30배로 희석한 접종물로 접종한다. 그러나, 이 단계에서, 3종의 QTL들 모두를 동형접합적으로 가진 식물은 존재하지 않았다. 심지어 저항성 식물이 바이오-분석에서 동정되었지만, 따라서, 이들 중 어느 것도 이 단계에서는 ELISA로 검증하였을 때 고도로 저항성 또는 면역성인 것으로 검증되지 않았다.
더욱 진행하여, QTL1, QTL2 및 QTL3를 동형접합적으로 포함하는 BC4S1 솔라눔 라이코퍼시쿰 식물을 개발할 수 있었다. 이들 토마토 식물은 PepMV 저항성에 대한 바이오-분석에서 높은 저항성 또는 면역성을 나타내었다. 이들 식물은 ELISA 검사에서 비-접종 대조군과 비슷한 0.1 미만의 흡광도를 나타내었다.
실시예 3
QTL 맵핑 및 마커 개발
실시예 1에서 수득한 BC1S1 식물 184주로 구성된 대규모 개체군을 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성 맵핑에 사용하였다. 제1 라운드에서, SNP 마커 880개를 분석하였으며, 추가로 SNP 마커 559개를 제2 라운드에 포함시켰다. 이들 SNP 마커들 중 281개는 제1 라운드에서 다형성이었으며, 제2 라운드에서 387개의 다형성 SNP를 추가하여, 총 671개의 마커를 BC1S1 식물 184주에서 PepMV 저항성에 대한 QTL 분석 수행에 사용하였다.
주목하게도, 저항성에 기여하는 3종의 QTL들은 3개의 개별 염색체들에 위치되었다. QTL과 가장 밀접하게 연관된 SNP 분자 마커들을 표 2에 나타낸다.
QTL들의 위치 설정을 위해, 공개적으로 이용가능한 솔라눔 라이코퍼시쿰 게놈 지도 SL2.40을 본원에 언급된 모든 위치들에 대한 참조 자료로 사용할 수 있다.
편차 (variation)가 8.8%인 첫번째 QTL은 6번 염색체에 위치하며, LOD 스코어는 5.34이다. QTL의 위치는 물리적 위치 32,363,349 bp - 34,505,939 bp 사이, 바람직하게는 위치 33,558,627 bp - 34,505,939 bp 사이인 것으로 결정되었다. BC1S1 개체군과 이후 자손에서, 이 QTL은 34,456,931 위치의 SNP 마커와 가장 근접하게 연관되어 있으며, 마커의 서열은 표 2에서 서열번호 1로 확인된다. 바람직한 QTL 영역의 경계부들은 서열번호 4 및 서열번호 5의 존재로 동정되었다.
두번째 QTL은 편차가 12.1%이고 LOD 스코어는 7.12이며, 7번 염색체에서 물리적 위치 60,667,821 bp - 62,460,220 bp 사이, 바람직하게는 위치 61,387,356 bp - 62,253,846 bp 사이에 위치된 것으로 동정되었다. BC1S1 개체군과 이 개체군으로부터 발생된 이후 자손에서, QTL2는 61,550,890 위치의 SNP 마커와 연관되어 있다. SNP 분자 마커는 표 2에서 서열번호 2로 확인된다. 바람직한 QTL 영역의 경계부들을 서열번호 6 및 서열번호 7의 존재로 동정되었다.
세번째 QTL은 편차가 19.7%이다. 이 QTL의 LOD 스코어는 11.03이며, 9번 염색체에서 물리적 위치 60,998,420 bp에서 62,512,587 bp 사이, 바람직하게는 위치 61,494,664 bp에서 62,385,023 bp 사이, 더 바람직하게는 위치 61,723,339에서 62,385,023 사이에 위치된 것으로 동정된다. BC1S1과 이후 자손에서, QTL3는 61,603,006 위치의 SNP 마커와 연관되어 있다. 그 서열은 표 2에서 확인된다. QTL3는 SNP 마커들 서열번호 8 및 서열번호 9의 존재로 추가로 확인된다.
서열번호 1은 6번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 34,456,931에서 뉴클레오티드 A (야생형) -> G인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 2는 7번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 61,550,890에서 뉴클레오티드 C (야생형) -> G인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 3은 9번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 61,603,006에서 뉴클레오티드 C (야생형) -> T인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 4는 6번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 33,558,627에서 뉴클레오티드 T (야생형) -> C인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 5는 6번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 34,505,939에서 뉴클레오티드 C (야생형) -> T인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 6은 7번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 61,387,356에서 뉴클레오티드 T (야생형) -> C인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 7은 7번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 62,253,846에서 뉴클레오티드 C (야생형) -> A인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 8은 9번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 61,872,648에서 뉴클레오티드 C (야생형) -> T인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
서열번호 9는 9번 염색체의 정방향 가닥 상의 위치 62,191,735에서 뉴클레오티드 G (야생형) -> C인 SNP의 존재를 포함한다. 이 위치는 또한 표 2에 나타낸 뉴클레오티드 서열에서 16번째 위치 (굵은체)로 표시될 수 있다.
표 2
기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068, 및 NCIMB 42069에서, QTL1, QTL2 및 QTL3와 연관된, 공개 SL2.40 지도에 기초한 SNP 분자 마커들, QTL들은 솔라눔 라이코퍼시쿰에 PepMV 저항성을 부여함.
  SNP 서열 표시
서열번호 1 GATGATCCCCCAATGGTCAAGAAATCTTGCA QTL1
서열번호 2 CACTGGTGAAAAAGTGGCAATTAAAAAAATT QTL2
서열번호 3 CTCTCAAGTTCCAGATACCGCTTCTGAGGGA QTL3
서열번호 4 TCTCGTTCGTGTTCTCGTCTCCTCTAATCTC QTL1
서열번호 5 GGACATTGAGCAGATTTCTTACTGGCTTCTG QTL1
서열번호 6 AGGATATGCAGCGGACGGGTTCCAAGGGCTT QTL2
서열번호 7 CTGAATGGAGAAGGAAGGCCTGCCAGTGTTG QTL2
서열번호 8 TCTTTCTTGGCTGTTTAACTCGCGATGAACG QTL3
서열번호 9 AAGAAAGGTTTTGGTCTTTCGCAAAAGGCAG QTL3
SNP 서열들은 NCIMB 41927 (QTL1 및 QTL2), NCIMB 42068 (QTL 1 및 QTL2), NCIMB 41928 (QTL2 및 QTL3), NCIMB 42069 (QTL1, QTL2 및 QTL3)에서 대응되는 QTL들과 연관되어 있다. SNP 서열들은 상기 기탁 식물들에서 PepMV 저항성에 대한 분자 마커로서 사용할 수 있다.
실시예 4
저항성 전달
QTL1, QTL2 및 QTL3를 동형접합적으로 여전히 함유하고 있는, T 12R.107 유래 자가생식한 식물을, 본 발명의 저항성을 부여하는 QTL들 중 임의의 QTL을 보유하지 않은 토마토 식물과 교배하였다. 교배를 통해 수득한 F1은 본 발명의 QTL들 3종 전체를 이형접합체 상태로 가지고 있었다. F1 개체군은, 충분한 내성 수준이 예상되지 않기 때문에, PepMV 저항성에 대해 표현형으로 검사하였으며, 부가적으로, 이형접합성 QTL들이 모두 다음 F2 세대에서 분리되기 때문에, F1에서의 선별은 이 형질과 관련없다.
F1을 자가생식시키고, F2 종자 250개를 심었다. 이론적으로, 식물 64주 중 1주는 본 발명의 QTL 3종 전부를 동형접합적으로 가질 것으로 예상된다. 묘목 단계에서, 표 2에 언급된 SNP 마커 9종 전부를 이용하여 마커 분석을 수행하였다. 마커 9종 전부를 사용함으로써, 저항성 유전자와 마커 간의 잠재적인 재조합은 이 단계에서 선별하지 않음을 검증하였다.
다행히도, F2 묘목들에서, QTL1, QTL2 및 QTL3를 동형접합적으로 포함하는 식물 3주를 마커 분석을 통해 동정할 수 있었으며, 이들 식물을 선별하여, 향후 육종을 위해 보관하였다.
선별 식물의 저항성을 검증하기 위해, 삽목하고, 실시예 2에 따른 바이오-분석을 수행하였다. 3000배 희석한 접종물을 이용한 1차 접종 라운드 후에는 증상이 관찰되지 않았다. 2차 라운드에서는, 접종물을 300배 희석하였으나, 페피노 모자이크 바이러스 증상이 역시 관찰되지 않았다. 감수성 대조군으로는, 식물 초기 단계에 명확한 잎 증상을 나타내는 하이브리드 품종 메카노 (Mecano)를 사용하였다.
바이러스가 선별 식물들에 축적되지 않는다는 것을 확실히 하기 위해, 다시 실시예 2에 기술된 분석에 따라, 2차 접종 라운드에서 증상이 감수성 대조군에서 발생한 후 선별한 식물에 대해 ELISA 검사를 수행하였다. ELISA 분석에서 면역 소스에 상응하는 흡광도가 나타났으며, 따라서, 선별된 식물들에서는 바이러스 축적이 미미하다는 것이 검증되었다. 착과 기간을 비롯한 식물의 전체 생장 기간 중에, 식물이 재생 단계 (generative stage)시 저항성을 유지할 것이라는 것을 확인하기 위해, ELISA 분석을 반복하여 수행하였다.
National Collection of Industrial and Marine Bacteria NCIMB41927 20120113 National Collection of Industrial and Marine Bacteria NCIMB41928 20120113 National Collection of Industrial and Marine Bacteria NCIMB42068 20121010 National Collection of Industrial and Marine Bacteria NCIMB42069 20121010
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Claims (18)

  1. QTL1, QTL2 및 QTL3 중 하나 이상을 포함하는 유전 결정 인자 (genetic determinant)를 가진 토마토 식물 (솔라눔 라이코퍼시쿰 엘. (Solanum lycopersicum L.))로서,
    상기 유전 결정 인자는 페피노 모자이크에 대한 저항성을 부여하며,
    상기 QTL들은 그 종자가 기탁 번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및 NCIMB 42069로 NCIMB에 기탁된 토마토 식물에 포함된 것인, 토마토 식물.
  2. 페피노 모자이크 바이러스 (PepMV)에 대해 저항성을 부여하는 유전 결정 인자를 포함하는 토마토 식물 (솔라눔 라이코퍼시쿰 엘. (Solanum lycopersicum L.))로서,
    상기 유전 결정 인자가:
    - 연관군 (LG: Linkage Group) 6에서, 물리적 위치 32,363,349 bp - 34,505,939 bp 사이, 바람직하게는 33,558,627 bp - 34,505,939 bp 사이에 위치한, QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및/또는
    - 연관군 (LG) 7에서, 물리적 위치 60,667,821 bp - 62,460,220 bp 사이, 바람직하게는 61,387,356 bp - 62,253,846 bp 사이에 위치한, QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및/또는
    - 연관군 (LG) 9에서, 물리적 위치 60,998,420 bp - 62,512,587 bp 사이, 바람직하게는 61,494,664 bp - 62,385,023 bp 사이, 더 바람직하게는, 61,723,339 bp - 62,385,023 bp 사이에 위치한, QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토마토 식물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전 결정 인자가,
    - QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 또는
    - QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 또는
    - QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 토마토 식물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 유전 결정 인자가, QTL1 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, QTL2 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트, 및 QTL3 또는 이의 PepMV-저항성-부여 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 토마토 식물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서,
    a) 그 종자가 NCIMB 41927 또는 NCIMB 42068로 기탁된, QTL1 및 QTL2를 포함하는 식물, 그 종자가 NCIMB 41928로 기탁된, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물, 또는 그 종자가 NCIMB 42069로 기탁된, QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을, 상기 유전 결정 인자를 포함하지 않는 식물과 교배하여, F1 개체군을 만드는 단계;
    b) 상기 F1의 식물을 1회 이상 자가생식 (selfing), 및/또는 교배하여, 다음 세대 개체군을 수득하는 단계;
    c) 선택적으로, 상기 개체군으로부터 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 1개 또는 2개를 포함하는 식물을 선별한 다음, QTL1, QTL2 및 QTL3 중 적어도 상기 선별된 결과와 다른 QTL을 포함하는 식물과 교배하고, 상기 단계 b)를 반복 수행하는 단계;
    d) QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물을 선별하는 단계
    를 포함하는 방법에 의해 수득가능한 것을 특징으로 하는 토마토 식물.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서,
    QTL1, QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 제1 부모 식물을, QTL1, QTL2 및/또는 QTL3를 포함하는 제2 부모 식물과 교배하는 단계, 및
    선택적으로, 자가생식 및/또는 교배한 후, QTL1 및 QTL2, QTL1 및 QTL3, QTL2 및 QTL3, 또는 QTL1, QTL2 및 QTL3를 포함하는 식물에 대해, 후대 세대를 선별하는 단계에 의해 수득가능한 것을 특징으로 하는 토마토 식물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한항에 따른 토마토 식물의 종자로서,
    상기 종자로부터 생장가능한 식물이 제2항에 따른 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 하나 이상의 QTL을 포함하는 것을 특징으로 하는 종자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 종자로부터 생장가능한 식물이 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 나타내는 것을 특징으로 하는 종자.
  9. 제2항에 따른 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 하나 이상의 QTL을 포함하는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한항에 따른 토마토 식물 또는 제7항 또는 제8항에 따른 토마토 종자의, 자손.
  10. 제9항에 있어서, 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 나타내는 것을 특징으로 하는 자손.
  11. 제1항 내지 제6항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한항에 따른 식물, 또는 제7항 또는 제8항에 따른 종자를 재배하기 적합한 증식 물질 (propagation material)로서,
    상기 증식 물질은 유성 생식에 적합하며, 특히 소포자, 화분, 씨방, 배주, 배낭 및 난세포로부터 선택되거나, 또는 영양 생식에 적합하며, 특히 삽목 (cutting), 뿌리, 줄기, 세포, 원형질체로부터 선택되거나, 또는 재생가능한 세포의 조직 배양에 적합하며, 특히 잎, 화분, 배, 자엽, 배축, 분열 세포, 뿌리, 근단, 꽃밥, 꽃, 종자 및 줄기로부터 선택되며,
    상기 증식 물질로부터 생장한 식물이 제2항에 따른 QTL1, QTL2 및 QTL3 중 하나 이상의 QTL을 포함하는 것을 특징으로 하는, 증식 물질.
  12. 제11항에 있어서, 상기 증식 물질로부터 생장한 식물이 페피노 모자이크 바이러스에 대해 저항성을 나타내는 것을 특징으로 하는 증식 물질.
  13. 제1항 내지 제6항, 제9항 또는 제10항, 제7항 또는 제8항, 또는 제11항 또는 제12항 중 어느 한항에 있어서,
    - 기탁번호 NCIMB 41927, NCIMB 42068 및/또는 NCIMB 42069에서, 서열번호 1, 서열번호 4 및 서열번호 5로 특정되는 분자 마커들과 연관된, QTL1 또는 이의 저항성 부여 파트;
    - 기탁번호 NCIMB 41927, NCIMB 41928, NCIMB 42068 및/또는 NCIMB 42069에서, 서열번호 2, 서열번호 6 및 서열번호 7로 특정되는 분자 마커들과 연관된 (linked), QTL2 또는 이의 저항성 부여 파트;
    - 기탁번호 NCIMB 41928 및/또는 NCIMB 42069에서, 서열번호 3, 서열번호 8 및 서열번호 9로 특정되는 분자 마커들과 연관된, QTL3 또는 이의 저항성 부여 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 토마토 식물, 종자 또는 증식 물질.
  14. 제1항 내지 제6항, 제9항, 제10항 또는 제13항 중 어느 한항에 따른 식물의 토마토 열매.
  15. 제14항에 따른 토마토 열매, 또는 선택적으로 가공된 형태의, 이의 일부를 포함하는, 식품.
  16. 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성 토마토 식물을 개발하기 위한 육종 프로그램의 생식질 (germplasm)로서의,
    제1항 내지 제6항, 제9항, 제10항 또는 제13항 중 어느 한항에 따른 식물, 제7항 또는 제8항에 따른 종자로부터 생산되는 식물, 또는 제11항 또는 제12항에 따른 증식 물질로부터 생산되는 식물의, 용도.
  17. 솔라눔 라이코퍼시쿰 (Solanum lycopersicum) 게놈에 존재하는 분자 마커, 바람직하게는 SNP 분자 마커로서,
    상기 분자 마커는 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 솔라눔 라이코퍼시쿰에 부여하는 QTL과 유전자적으로 연관되어 있으며,
    상기 분자 마커는 서열번호 1-9 중 임의의 서열로 특정되며,
    상기 QTL이 바람직하게는 제2항에 따라 정의되는 것을 특징으로 하는 분자 마커.
  18. 솔라눔 라이코퍼시쿰(Solanum lycopersicum) 식물에 페피노 모자이크 바이러스에 대한 저항성을 부여하는 QTL을 동정하기 위한, 제17항에 따른 마커의 용도.
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