KR20160053420A

KR20160053420A - 고추의 적색소 연관 snp 분자마커 개발 및 이의 용도

Info

Publication number: KR20160053420A
Application number: KR1020140152169A
Authority: KR
Inventors: 안율균; 김정호; 이혜은; 김도선; 조명철; 최근진
Original assignee: 대한민국(농촌진흥청장)
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-13

Abstract

본 발명은 서열번호 1 및 서열번호 2로 이루어진 프라이머 세트, 서열번호 3 및 서열번호 4로 이루어진 프라이머 세트, 서열번호 5 및 서열번호 6로 이루어진 프라이머 세트 및 서열번호 7 및 서열번호 8로 이루어진 프라이머 세트로 이루어진 프라이머 세트를 포함하는 군에서 적어도 하나가 선택된 고추 적색소 판별용 프라이머 세트와 이를 이용하여 고추의 적색소를 판별하는 방법에 관한 것이다.

Description

고추의 적색소 연관 SNP 분자마커 개발 및 이의 용도{SNP molecular markers associated with the pungency of chili and uses thereof}

본 발명은 고추의 적색소을 판별할 수 있는 SNP 프라이머 4쌍을 통해 분자마커를 제작하고, 이를 이용해 고추의 적색소을 판별하는 방법에 관한 것이다.

고추는 가지과 식물로서, 열대지역에서는 여러해살이로, 온대지방에서는 한해살이풀로 분류되며, 각종 요리의 재료나 조미료로 이용되기도 하고, 위를 튼튼하게 하는 약재로써 이용되기도 하는 등 실생활에 매우 유용한 작물이다. 또한 토마토, 가지, 감자 등과 같이 가지과 (Solanaceae) 에 속하며 이들 작물과 많은 유전적 공통점을 가지고 있다 (Sheh May et al. 2005).

고추의 상품성을 가늠하는 특성 중의 중요한 한가지는 적색소의 함량을 들 수 있는데, 일반적인 고추의 완숙기 과색은 적색으로 주로 carotenoid 성분에 기인하는 것으로 알려져 있고, 그 중에서도 주로 capsanthin과 capsorubin이 적색소 함량 전체의 80 ～ 85%를 차지하며, 황색소인 beta-carotein과 crypthoxanthin 등이 15 ～ 20% 를 차지하는 것으로 알려져 있다 (Curl 1962). 고추 과피 내 capsanthin 과 capsorubin의 함량은 미숙기의 녹과에서는 전혀 나타나지 않다가 숙과에서 증가하는 것으로 알려져 있다 (Curl 1962, Curl 1964).

이 두 색소는 capsanthin-capsorubin synthase (CCS) 라는 효소에 의해 합성되는 것으로 알려져 있는데 (Huh et al. 2001), 이 효소를 코딩하는 유전자에 삽입 , 혹은 결실이 발생할 경우 적색소는 주황색이나 황색으로 표현될 수 있다는 보고가 있으며 (Lang et al. 2004), Ha et al. (2007) 의 연구에 의하면 숙과색이 황색인 과색은 CCS 유전자의 결실에 의한 것이 아니라 넌센스 돌연변이에 의한 전사체 유전자 침묵에 기인하는 결과인 것으로 보고하였다.

고추라는 작물의 특징상 적색소을 얼마나 내는지에 따라서 고추의 품질이 결정될 수 있으며, 이러한 특징을 미리 알 수 있다면 고추를 재배하는 농가에 큰 도움을 줄 수 있다. 따라서 고추의 적색소과 관련된 SNP 프라이머 쌍에 대한 연구 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 고추의 적색소 연관 SNP 프라이머쌍의 활용성을 확대하기 위하여, 고추의 적색소를 판별할 수 있는 SNP 분자마커를 개발하고, 이를 이용하여 고추의 적색소를 판별하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면은 서열번호 1 및 서열번호 2로 이루어진 프라이머 세트, 서열번호 3 및 서열번호 4로 이루어진 프라이머 세트, 서열번호 5 및 서열번호 6로 이루어진 프라이머 세트 및 서열번호 7 및 서열번호 8로 이루어진 프라이머 세트로 이루어진 프라이머 세트를 포함하는 군에서 적어도 하나가 선택된 고추 적색소 판별용 프라이머 세트를 제공할 수 있다.

또한, 상기 프라이머 세트는 direct PCR(polymerase chain reaction)에 사용하기 위한 것인 고추 적색소 판별용 프라이머 세트를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 프라이머 세트를 포함하는 고추 적색소 판별용 조성물를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 판별용 조성물을 포함하는 고추 적색소 판별용 키트를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면은 고추의 게놈 DNA를 분리하는 단계; 상기 DNA를 주형으로, 제1항에 따른 프라이머 세트를 이용하여 중합효소연쇄반응(PCR)을 수행하는 단계; 및 상기 PCR 산물을 검출하는 단계를 포함하는, 고추 적색소 판별하는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 PCR(polymerase chain reaction) 방법은 Direct PCR(polymerase chain reaction) 방법인 것인 고추 적색소 판별하는 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 SNP 분자마커에 의하면 고추에서 개발된 적색소 관련 SNP 프라이머쌍의 활용성을 높일 수 있고, 본 발명에서 제공되는 SNP 프라이머쌍은 고추의 적색소을 평가함으로써 고추 품종 육종에 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 고추의 적색소 분석을 위해 육성한 교배 모본과 F8세대 RIL 집단 모습을 나타낸 것이며 각각 (a), (b), (c) 및 (d)는 만달린, 블랙클러스터 및 F8세대 RIL 집단을 나타낸 것이다.
도 2는 교배모본 및 F8세대 RIL 집단의 ASTA값 분포를 나타낸 막대 그래프이다.
도 3은 선발된 SNP(HPM) 분자표지를 F8세대 RIL계통 93개에 적용한 그래프 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 고추의 적색소과 관련하여 주요 양적유전자 SNP 분자표지 인자 염색체 상의 위치를 나타낸 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 8로 표시되는 염기서열은 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 고추의 적색소을 평가하기 위한 분자마커의 염기서열을 나타낸다. 홀수 서열은 정방향(forward) 프라이머를 나타내며, 짝수 서열은 역방향(reverse) 프라이머를 나타낸다.

SNP Primer	SNP 형태	연관군 위치	Primer 정보
MNHS 149	C/T	염색체 2	F	TGGTGGTCTCCATTTGCGAT
			R	ACCCAGTTTGGATCTGAGCC
MNHS 457	A/G	염색체 2	F	CAGGTGTTCCTTTAGCTGCC
			R	GTACCAGCGGTTGAGGTGAA
MNHS 504	T/C	염색체 6	F	CGACAGGCCAAGATGGTGAT
			R	CCACAACCACCTCAGCAGAA
MNHS 53	T/C	염색체 10	F	GGAGCTGCCTTGATAGCTGA
			R	TTCTTCGGTTGCAGTAGGCT

상기 표 1의 각각의 프라이머쌍은 단독 또는 2이상의 조합으로 고추의 적색소를 판별하기 위한 마커로 사용될 수 있다.

각 프라이머 또는 이들을 이용해 고추의 적색소을 판별하는 방법은 다음과 같다.

먼저 고추로부터 게놈 DNA(genomic DNA)를 추출하고, 추출한 게놈 DNA를 주형으로 하여 고추의 적색소 판별용 마커를 이용해 고추의 특이 부위를 증폭한다. 증폭된 고추의 유전자를 전기영동으로 확인한 후, 조합된 밴드들의 분석을 통하여 각각의 적색소 관련 특성을 평가할 수 있다.

이러한 결과를 통해, 본 발명에 따른 고추의 적색소 판별용 마커는 고추의 적색소 관련 특성을 신속하고 효과적으로 평가할 수 있다.

본 발명의 키트는 본 발명의 고추의 적색소 판별용 마커; 및 핵산 증폭 시약을 포함할 수 있다. 고추의 적색소 판별용 마커는 전술한 바와 같다. 핵산 증폭 시약은 dNTP 혼합물; 내열성 중합효소; 및 PCR 완충액을 포함할 수 있다. 상기 dNTP 혼합물은 dATP, dCTP, dGTP, dTTP를 포함하며, 내열성 중합효소는 Taq DNA 중합효소, Tth DNA 중합효소 등 시판되는 내열성 중합효소를 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 키트는 최적의 반응 수행 조건을 기재한 사용자 설명서를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 고추는 농촌진흥청 국립원예특작과학원에서 색소관련 유전자 지도작성을 위해 개발한 만달린과 블랙클러스터와 그들로부터 유래한 F8세대 93개의 RIL(Recombinant Inbred Lines)계통을 본 실험에서 사용하였다.

DNA 추출 및 PCR 분석:

고추 품종 별로 5립의 종자를 파종하여 온실에서 30일을 재배한 0.5~1g의 잎을 QIAxtractor(QIAGEN, USA) 자동 대량 핵산 추출장비를 사용하여 추출하였다. SNP(single nucleotide polymorphism) 분자표지 개발을 위한 primer는 mapping 집단의 양친 두 점의 NGS(Next Generation Sequencing) 수행 결과 확보된 전사체 데이터베이스를 이용하였다. 추출한 고추 DNA는 NanoDrop ND-1000 (NanoDrop Technologies Inc.)를 이용하여 상대적 순도와 농도를 확인하였고, 최종 DNA 농도는 20ng/로 만들었다. HRM 분석은 CFX96(Bio-Rad, Korea) Realtime PCR 장비를 사용하여 수행했고, Ssofast EvaGreen Supermix(Bio-Rad)를 제조사 지침에 따라 사용하였다. PCR 반응 및 HRM 분석은 다음과 같은 조건으로 수행하였다.98에서 2분 간 초기 변성시키고 98에서 5초, 58에서 10초간 45회 반복한 후 plate read를 수행하였다. 다음으로 HRM 은 95에서 30초 후 60로 낮춰 1분간 처리하고, 95까지 2초의 간격으로 0.1씩 높여가면서 Plate read를 실행하였다. SNP genotyping은 Bio-Rad Precision Melt Analysis v1.0.534.0511 software(Bio-Rad)를 사용하여 수행하였다.

고추 프라이머 디자인:

GS FLX 플랫폼을 이용한 NGS 시퀀싱으로 데이터를 얻었으며 NCBI 웹사이트를 통해 public transcript 서열로써 EST 서열 66Mb, mRNA 서열 677bp를 본 연구에 이용하였다. 품종 및 public data set의 SNPs를 서로 비교하여 마커 개발을 위한 품종 특이적 SNPs 후보군을 분석하였다. 프라이머 디자인을 위해서는 프라이머 제작 프로그램인 Primer3 소프트웨어와 CLC genome workbench 소프트웨어를 이용하여 SNP 숫자가 2개 이상 포함된 SNP 프라이머쌍을 제외한 SNP 프라이머 쌍을 제작하였고, 이들 SNP 프라이머쌍 중 만달린과 블랙클러스터에 다형성을 보이는 SNP 마커를 F8세대 RIL계통에 적용하였다.

ASTA 값 분석

고추의 적색소 함량 분석을 위한 분석용 고추 시료는 개화 후 60일 이상 경과되어 완전히 착색된 고추를 수확하여 상온의 자연광 상태에서 10일 이상 건조하였다. 건조된 고추의 꼭지를 제거하고 가정용 믹서기로 분쇄하여 시료로 사용하였다. 분쇄된 고춧가루 0.1 g를 미세저울로 칭량하여 250 ml PE. 시약병(Kartell. Italy)에 넣고 Acetone (Duksan, Korea) 100ml을 채워서 12시간 동안 진탕시켜 추출 후 2시간 이상 세워두어 침전시켰다. 상층액 1 ml을 취하여 분광광도계(MultiscanGO, Thermo, USA)에서 460 nm 흡광도를 측정하였고, ASTA color value는 아래와 같이 계산하였다.

ASTA color = (추출액의 흡광도 x 16.4 x I_f)/ Sample(g)

If =Instrument correction factor(계산상 이 값을 1로 보았음)

연관군 지도 및 QTL분석

연관지도 작성은 JoinMap 3.0 (Van Ooijen and Voorrips 2001)프로그램을 사용하여 LOD 4.0을 기준으로 작성하였고, 연관거리는 Kosambi 1943(in centimorgans)의 계산식을 사용하였다. SNP분자표지 위치는 Capsicum genome database (http://solgenomics.net).을 이용하였다. 양적유전자(QTL)은 WinQTL cartographer v2.5.10 (Wang et al., 2011). 프로그램을 사용하였다.

결과

국립원예특작과학원에 만달린과 블랙클러스터와 이들로부터 유래한 다양한 색상을 가진 F8세대 RIL계통 93개를 개발하였다. 이를 도 1에 나타내었다.

F8세대 RIL계통 93계통들에 대한 적색소 ASTA 값 분석을 수행 한 결과, 45.9~145.1의 분포를 보였으며, 전반적인 분포 양상은 정규분포 곡선을 보여 QTL분석을 위해 적합한 집단으로 판단된다. 이러한 결과를 도 2에 나타내었다.

NGS(차세대 유전자 분석)로부터 유래된 정보를 분석하여 선발된 SNP 분자표지를 F8세대 RIL계통 93개에 HRM으로 분석하고, 이들 결과를 이용하여 양적유전자(QTL) 지도를 작성하였으며, 고추의 적색소와 관련된 4가지 SNP 분자표지를 개발하였다. 이를 각각 도 3 및 4에 나타내었으며, 결과에 의한 프라이머 쌍은 상기 표 1에 나타내었다.

선발된 SNP 표지인자는 C/T, A/G, T/C 형태였으며, MNHS 149와 MNHS 457는 염색체 2번, MNHS 504은 염색체 6번, MNHS 53은 염색체 10번에 위치하고 있었다.

<110> Republic of Korea <120> SNP molecular markers associated with the haematochrome of chili and uses thereof <130> 14-0160 <160> 8 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS149(forward) <400> 1 tggtggtctc catttgcgat 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS149(reverse) <400> 2 acccagtttg gatctgagcc 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS457(forward) <400> 3 caggtgttcc tttagctgcc 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS457(reverse) <400> 4 gtaccagcgg ttgaggtgaa 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS504(forward) <400> 5 cgacaggcca agatggtgat 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS504(reverse) <400> 6 ccacaaccac ctcagcagaa 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS504(forward) <400> 7 ggagctgcct tgatagctga 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNHS53(reverse) <400> 8 ttcttcggtt gcagtaggct 20

Claims

서열번호 1 및 서열번호 2로 이루어진 프라이머 세트, 서열번호 3 및 서열번호 4로 이루어진 프라이머 세트, 서열번호 5 및 서열번호 6로 이루어진 프라이머 세트 및 서열번호 7 및 서열번호 8로 이루어진 프라이머 세트로 이루어진 프라이머 세트를 포함하는 군에서 적어도 하나가 선택된 고추 적색소 판별용 프라이머 세트.
제1항에 있어서,
상기 프라이머 세트는 direct PCR(polymerase chain reaction)에 사용하기 위한 것인 고추 적색소 판별용 프라이머 세트.
제1항의 프라이머 세트를 포함하는 고추 적색소 판별용 조성물.
제3항의 판별용 조성물을 포함하는 고추 적색소 판별용 키트.
고추의 게놈 DNA를 분리하는 단계;
상기 DNA를 주형으로, 제1항에 따른 프라이머 세트를 이용하여 중합효소연쇄반응(PCR)을 수행하는 단계; 및
상기 PCR 산물을 검출하는 단계를 포함하는, 고추 적색소 판별하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 PCR(polymerase chain reaction) 방법은 Direct PCR(polymerase chain reaction) 방법인 것인 고추 적색소 판별하는 방법.