KR20150056922A - 배추 뿌리혹병 진단용 프라이머 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서열번호 1과 2로 표시되는 프라이머 세트 및 서열번호 3으로 표시되는 프라이머 세트를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 검출용 프라이머 세트 및 이를 이용하여 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)를 검출하는 방법에 대한 것이다.

Description

배추 뿌리혹병 진단용 프라이머 및 이의 용도{Primer for diagnosis of Plasmodiophora brassicae and uses thereof}
본 발명은 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 진단하기 위한 프라이머에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전체를 추출하는 과정을 거치지 않고 직접 핵산 증폭 과정을 통해 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 진단할 수 있는 프라이머 및 이를 이용한 검출 방법에 관한 것이다.
Plasmodiophora brassicae에 의한 배추 뿌리혹병은 전세계적으로 발생하여 큰 피해를 주고 있는 주요 토양전염병이다. P. brassicae는 절대기생균으로 배추 외에도 양배추, 꽃양배추, 브로콜리, 무 등의 배추과 작물에 뿌리혹병을 일으키며(김 등, 2003; 장 등, 2005), 휴면포자, 유주자, 변형체 등의 형태로 토양에 존재한다(Braselton, 1995).
우리나라에서는 1990년대 초반부터 배추 재배지역에 이병이 발생하기 시작하여, 1990년대 후반에는 뿌리혹병 발생면적이 700여 ha에 달하였으며, 현재는 전국에 걸쳐 배추, 양배추 등의 배추과 작물에 뿌리혹병이 발생하고 있다. 배추 뿌리혹병을 방제하기 위하여 토양의 pH 조절과 윤작 등의 경종적 방제, 미생물을 이용한 생물학적 방제(Cheah와 Page, 1995; Cheah 등, 2000), 그리고 fluazinam, flusulfamide 및 cyazofamid 등의 살균제를 이용하는 화학적 방제 등에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 그러나 경종적 방제는 뿌리혹병에 대한 방제효과가 낮고, 살균제를 이용한 화학적 방제는 일시적으로 병원균의 밀도를 저하시켜 단기간 내에 방제 효과를 볼 수 있으나 약효가 떨어지면 다시 병원균의 밀도가 높아져 뿌리혹병이 발생하게 된다(Yoshigawa, 1983). 또한 농약의 과다사용으로 인한 경제적 부담과 환경오염 유발 등의 문제점을 야기하고 있다. 따라서 오늘날에는 뿌리혹병 방제를 위하여 저항성 배추 품종의 재배 등 환경친화적인 방법이 요구되고 있다.
뿌리혹병 저항성 품종의 육성, 저항성 유전자 규명 및 병저항성 분자마커 개발 등을 위해서는 효율적이고 재현성이 우수한 뿌리혹병 저항성 검정법이 필수적이다. 지금까지 보고된 뿌리혹병균 접종 방법으로는 포자현탁액 침지법(Johnston, 1968; 심 등, 1998), 토양 혼합법(Yoshikawa, 1981; Kuginuki 등, 1997), 이병포장 이식(Lee와 Kim, 2010; 장 등, 2008)과 slurry 방법(Toxopeus와 Janssen, 1975) 등이 보고되었다. 하지만 그 방법이 복잡하고 많은 노동력을 필요로 하며, 침지법과 토양 혼합법 등은 한 개체에 접종되는 포자의 양이 균일하지 않기 때문에 재현성 부족 등의 문제가 발생하고 있다.
국내 공개특허문헌 제10-2010-0068713호
본 발명은 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)의 유전체를 추출하지 않고 직접 핵산 증폭에 의해 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 진단할 수 있는 프라이머 및 이의 용도를 제공함으로써, 보다 신속하고 정확한 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 진단할 수 있도록 하고자 한다.
본 발명의 일측면은 서열번호 1과 2로 표시되는 프라이머 세트 및 서열번호 3으로 표시되는 프라이머 세트를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 검출용 프라이머 세트를 제공할 수 있다.
또한, 상기 프라이머 세트는 direct PCR(polymerase chain reaction)에 사용하기 위한 것인 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 진단용 프라이머 세트를 제공할 수 있다.
또한, 제1항의 프라이머 세트를 포함하는 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 검출용 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 제3항의 검출용 조성물을 포함하는 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 검출용 키트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면은 배추 재배 토양 시료로부터 유래한 주형 DNA와 제1항의 프라이머 세트를 혼합하는 단계 및 상기 혼합 결과물을 PCR(polymerase chain reaction) 증폭시키는 단계를 포함하는 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 검출하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 PCR(polymerase chain reaction) 방법은 Direct PCR(polymerase chain reaction) 방법인 것인 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 검출하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 주형 DNA는 DNA 추출(extraction) 및 정제(purification) 과정 없이, 배추 재배 토양을 용해 완충액(Lysis buffer)로 용해하여 준비한 것인 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 검출하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 진단용 프라이머는 genomic DNA 추출에 필요한 시간과 비용이 필요하지 않고, 핵산증폭과정이 고속의 빠른 주기로 실험할 수 있기 때문에 분석 시간을 크게 단축시킬 수 있으며, 상기의 프라이머의 개발을 통하여 토양에서 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)의 감염 여부를 신속하고 정확하게 진단할 수 있다.
도 1은 진단용 프라이머를 이용한 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)균을 PCR한 결과를 나타낸 것이다.
도 2(a)는 기존프라이머(PbbtgF716과 PbbtgR961)와 본 발명의 일측면에 의한 프라이머(Pb01F와 Pb01R)을 이용한 결과를 비교한 것이며,
도 2(b)는 기존프라이머(PbbtgF716과 PbbtgR961)와 본 발명의 일측면에 의한 프라이머(Pb01F와 Pb04R)을 이용한 결과를 비교한 것이다.
본 명세서에 있어서, "프라이머"는 카피하려는 핵산 가닥에 상보적인 단일 가닥 올리고뉴클레오티드 서열을 말하며, 프라이머 연장 산물의 합성을 위한 개시점으로서 작용할 수 있다. 하기 프라이머의 길이 및 서열은 연장산물의 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.
서열번호 1 내지 3로 표시되는 염기서열은 본 발명의 일측면에 따른 실시예로서 제시되는 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 진단할 수 있는 프라이머의 염기서열을 나타낸다. 서열번호 1은 정방향(forward) 프라이머를 나타내며, 서열번호 2 및 3은 역방향(reverse) 프라이머를 나타낸다.
본 발명의 일측면에 따른 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 특이 프라이머는 genomic DNA 추출 과정이 없이 직접핵산증폭과정(direct polymerase chain reaction)에서 사용되는 polymerase와 이를 반응하기 위한 98℃의 고온과 온도를 변화시키는 빠른 주기의 핵산증폭과정 조건에서 안정적으로 반응할 수 있는 프라이머이다.
이하 본 발명의 일측면에 따른 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)의 진단을 할 수 있는 프라이머를 제작하기 위한 구체적인 실시예를 서술한다.
실시예 1. 프라이머의 제작
배추에 발생하는 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)에 대하여 NCBI의 염기서열을 수집하여 TSA 유전자에서 프라이머를 제작하였으며, 총 3가지가 제작되었다. 프라이머에 대한 정보는 하기 표 1에 나타내었다. 프라이머를 2가지로 조합하여 PCR을 수행한 결과, Plasmodiophora brassicae 특이적인 밴드 양상을 보였고, 다른 토양 병원균에는 증폭되지 않았다. 이러한 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1을 참고하면, Lane 1은 100bp marker, Lane 2, 3, 4, 5는 Plasmodiophora brassicae를 나타내고, Lane 6, 7은 Cladosporium sp., Lane 8은 Phytophthora capsici, Lane 9는 Phytopthrora nicotianae, Lane 10은 Acidovorax avenea, Lane 11은 Clavibacter michiganensis, Lane 12는 Psudomonas sp., Lane 13은 Ralstonia spp., Lane 14는 Fusarium oxysporum, Lane 15는 Verticillium spp., Lane 16은 Pythium spp., Lane 17은 Rhizoctonia spp.을 각각 나타낸다.
배추 뿌리혹병 진단용 프라이머 염기서열 및 서열번호
프라이머명 프라이머1 염기서열(5‘-3’) 서열번호
Pb01F caaggtgacgatcacgaatg 1
Pb01R ctcacgaatgagtgcacctg 2
Pb04R ggtggatcttcatttcgatca 3
상기 각각의 프라이머쌍은 단독 또는 2 이상의 조합으로 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 진단할 수 있는 마커로 사용될 수 있다.
각 프라이머 또는 이들을 이용해 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 진단해내는 방법은 다음과 같다.
먼저 배추를 재배하는 토양 시료로부터 주형 DNA를 제작한다. 이러한 주형 DNA에 본 발명의 일측면에 따른 프라이머 세트를 혼합한다. 이렇게 혼합한 결과물을 PCR 증폭시키는 단계를 거치면 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)에 특이성을 보이지 여부를 진단할 수 있다.
이때, 주형 DNA는 추출(extraction) 및 정제(purification) 과정 없이 인삼 종자 또는 인삼 식물체를 용해 완충액(Lysis buffer)로 용해하여 준비할 수 있다. 또한, PCR 증폭 시키는 단계는 direct PCR 방법을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 따른 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)의 진단용 프라이머 조합과 그에 따른 PCR 산물의 크기를 아래 표 2에 나타내었다.
배추 뿌리혹병 진단용 프라이머 조합 및 PCR산물크기
프라이머명 프라이머1 염기서열(5‘-3’) 프라이머명 프라이머2 염기서열(5‘-3’) PCR산물
크기(bp)
Pb01F caaggtgacgatcacgaatg Pb01R ctcacgaatgagtgcacctg 216
Pb04R acgaatgagtgcacctgcta 191
PCR 결과, 토양 전염성 병원균인 Plasmodiophora brassicae 4종, Cladosporium sp. 2종, Phytophthora capsici 1종, Phytopthrora nicotianae 1종, Acidovorax avenea 1종, Clavibacter michiganensis 1종, Psudomonas sp. 1종, Ralstonia spp. 1종, Fusarium oxysporum 1종, Verticillium spp. 1종, Pythium spp., Rhizoctonia spp. 1종에서는 전혀 반응이 일어나지 않았고, Plasmodiophora brassicae에 대하여만 특이적으로 반응하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 도 1에 나타나 있다.
실시예 2. PCR 조성물
PCR 조성물
Template DNA 40ng
2x Direct PCR buffer
(includes dNTPs and MgCl2)
1
Direct Taq DNA polymerase 0.4uM
Primer 1 0.4uM
Primer 2 또는 3 0.4uM
Distilled water 전체 부피를 20㎕에 맞춤
상기에서 제작한 3종의 프라이머(2 세트)를 이용하여 배추 뿌리혹병과 토양 전염성 진균에 대한 PCR 반응을 수행하였다. PCR 조성은 하기 표 3에 기재한 바와 같으며, 98℃ 3분 → 95°C 30초 → 95°C 5초 → 62°C 5초 → 72°C 10초(35 사이클) → 72°C 5분의 조건으로 진행하였다.
실시예 3. 배추밭 토양에서 직접핵산증폭을 통한 프라이머의 안정성
본 발명에서 개발된 프라이머의 직접핵산증폭과정(direct polymerase chain reaction)하에서의 안정성을 검정한 결과, PbbtgF761과 PbbtgR961 세트는 genomic DNA와 식물체 조직에서 Plasmodiophora brassicae의 검출이 가능하였으나 토양에서 genomic DNA를 추출하지 않은 경우 검출하지 못하는 결과를 보인 반면 Pb01F와 Pb01R 세트 및 Pb01F와 Pb04R 세트는 genomic DNA, 식물체, 토양에서 genomic DNA 추출을 하지 않고도 안정적인 결과를 보였다. 이러한 비교 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2 (a)를 참고하면, Lane 1는 100bp marker, Lane 2는 PbbtgF716과 PbbtgR961 세트를 이용한 genomic DNA 결과, Lane 3과 4는 식물체 병반 조직으로부터 PbbtgF716과 PbbtgR961 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과, Lane 5와 6은 오염 토양으로부터 PbbtgF716과 PbbtgR961 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과, Lane 7은 Pb01F와 Pb01R 세트를 이용한 genomic DNA 결과, Lane 8과 9는 뿌리혹병 감염 식물체로부터 Pb01F와 Pb01R 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과, Lane 10와 11은 뿌리혹병 감염토양으로부터 Pb01F와 Pb01R 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과를 각각 나타낸 것이다.
도 2 (b)를 참고하면, Lane 1은 100bp marker, Lane 2는 PbbtgF716과 PbbtgR961 세트를 이용한 genomic DNA 결과, Lane 3과 4는 식물체 병반 조직으로부터 PbbtgF716과 PbbtgR961 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과, Lane 5와 6은 오염 토양으로부터 PbbtgF716과 PbbtgR961 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과, Lane 7은 Pb01F와 Pb04R 세트를 이용한 genomic DNA 결과, Lane 8과 9는 뿌리혹병 감염 식물체로부터 Pb01F와 Pb04R 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과, Lane 10와 11은 뿌리혹병 감염토양으로부터 Pb01F와 Pb04R 세트를 이용하여 직접핵산증폭 결과를 각각 나타낸 것이다.
<110> Republic of Korea <120> Primer for diagnosis of Plasmodiophora brassicae and uses thereof <130> 13-0198 <160> 0 <170> KopatentIn 2.0

Claims (7)

  1. 서열번호 1과 2로 표시되는 프라이머 세트 및 서열번호 3으로 표시되는 프라이머 세트를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 검출용 프라이머 세트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머 세트는 direct PCR(polymerase chain reaction)에 사용하기 위한 것인 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 진단용 프라이머 세트.
  3. 제1항의 프라이머 세트를 포함하는 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 검출용 조성물.
  4. 제3항의 검출용 조성물을 포함하는 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae) 검출용 키트.
  5. 1) 배추 재배 토양 시료로부터 유래한 주형 DNA와 제1항의 프라이머 세트를 혼합하는 단계; 및
    2) 상기 혼합 결과물을 PCR(polymerase chain reaction) 증폭시키는 단계를 포함하는 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 검출하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 PCR(polymerase chain reaction) 방법은 Direct PCR(polymerase chain reaction) 방법인 것인 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 검출하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 주형 DNA는 DNA 추출(extraction) 및 정제(purification) 과정 없이, 배추 재배 토양을 용해 완충액(Lysis buffer)로 용해하여 준비한 것인 배추 뿌리혹병(Plasmodiophora brassicae)을 검출하는 방법.
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