KR20180117657A - 당근의 흰가루병 저항성 유전자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흰가루병(powdery mildew), 구체적으로, 식물 병원균 에리시페 헤라클레이(Erysiphe heraclei) 에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성인 당근 식물 또는 다우쿠스 카로타(Daucus carota) 식물에 관한 것으로, 상기 흰가루병 저항성은 하나 또는 두개의 우성 흰가루병 저항성 유전자에 의해 제공된다. 본 발명은 또한 본원의 흰가루병, 구체적으로 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 제공하는 유전자와 유전적으로 연관되어 있는 분자적 마커, 및 흰가루병, 구체적으로 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 가지는 당근 식물 또는 다우쿠스 카로타 식물을 식별하기 위한 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본원의 식물의 종자, 식물 부분, 화분, 난세포, 캘러스, 현탁 배양물, 체세포배 및 가식부에 관한 것이다.

Description

당근의 흰가루병 저항성 유전자
본 발명은 흰가루병(powdery mildew), 구체적으로, 식물 병원균 에리시페 헤라클레이(Erysiphe heraclei) 에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성인 당근 식물 또는 다우쿠스 카로타(Daucus carota) 식물에 관한 것으로, 상기 흰가루병 저항성은 하나 또는 두개의 우성 흰가루병 저항성 유전자에 의해 제공된다. 본 발명은 또한 본원의 흰가루병, 구체적으로 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 제공하는 유전자와 유전적으로 연관되어 있는 분자적 마커, 및 흰가루병, 구체적으로 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 가지는 당근 식물 또는 다우쿠스 카로타 식물을 식별하기 위한 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본원의 식물의 종자, 식물 부분, 및 구체적으로 가식부에 관한 것이다.
당근, 또는 다우쿠스 카로타는, 전세계 많은 지역에서 흔히 있는, 산형과(Umbelliferae) 또는 미나리과(Apiaceae)의 재배식물이다. 산형과는 속이 빈 줄기(hollow stem)를 가진 일반적인 방향성 식물에 속하는 많은 종들로 구성되어 있다; 이는 현화식물의 가장 큰 20 과(family) 중 하나이다. 다쿠스(Daucus) 속과 함께 다른 재배식물들이 알려져 있다: 예를 들어, 캐러웨이, 셀러리, 고수, 딜, 펜넬, 파슬리 및 파스닙. 전체적으로, 산형과는 3,500 종 이상을 포함한다.
야생 당근인, 다우쿠스 카로타 L.(Daucus carota L.)은 전세계 많은 지역에서 풍토성이며, 초기 단계에는 식용가능하나 지속적인 생장 후에 목질성이 되는 흰색 주근(taproot)을 가지고 있다. 재배된 당근, 다우쿠스 카로타, 특히 다우쿠스 카로타 아종 사티부스(Daucus carota ssp. sativus)은 뿌리채소이며, 보통 주황색이나, 자주색, 붉은색, 노란색 및 흰색 변종들도 알려져 있다.
보다 온난한 기후에서 일반적으로 다우쿠스 카로타는 파종 후 첫해에는 영양생장기를 가지고 월동 후 재배 2년째에 꽃을 피우는 이년생 식물이다. 열대 및 아열대 지역에서 당근은 1년의 생애주기(life cycle)를 가진다: 영양생장기에서 생식생장기로의 전환이 춘화현상(vernalization) 없이 발생한다. 또한, 일부 야생종들 역시 1년의 생애 주기를 가진다.
잎은 나선형 구성을 이룬다. 화경이 신장될 때, 줄기 끝은 뾰족해지고 고도의 분지 화서가 된다. 줄기는 60 - 200cm 길이까지 자란다.
꽃은 흰색의, 일부 경우는 엷은 녹색 또는 노란색의 소화경을 가진 산형화를 이룬다. 각각의 꽃은 소화경 위에 달린다. 최초의 산형화는 주경의 끝에 생기고, 추가 산형화들은 이 주경으로부터 자랄 것이다. 각각의 꽃은 5개의 꽃잎, 5개의 수술 및 1개의 중심 암술머리를 가진다. 꽃은 웅예선숙(protandrous)이며, 이는 꽃의 암술머리가 수분되기 전에 꽃밥이 먼저 화분을 방출하는 것을 의미한다. 이러한 메커니즘은 자가-수분을 어느 정도 방지하고 타가 수분을 촉진시킨다. 꽃꿀이 있는 화반은 심피 윗면에 있다. 꽃은 화분 매개 곤충을 유인하고, 수정 후 산형화의 바깥 부분이 안쪽으로 굽어져, 산형화가 볼록한 형태으로, 이후에는 컵 모양으로 변한다. 종자는 약 30일 내에 발달하고, 각각 진정한 종자를 함유하는 두 개의 분과로 구성된다.
다우쿠스에서 웅성 불임의 출현은 하이브리드 종자를 생산하는데 매우 유용한 특징이다. 다우쿠스 속에서 웅성 불임의 두 유형이 알려져 있다(비특허문헌 1, 2, 3): 소위 갈색 꽃밥 유형(brown anther type: 꽃밥이 화분을 퍼뜨릴 수 있기 전에 퇴화하고 시들어 버림) 및 화판 유형(petaloid type : 수술이 꽃잎 모양 구조로 대체됨)(비특허문헌 1).
당근에서 발견되는 웅성 불임은 일반적으로 세포질(cytoplasmic) 웅성 불임으로, 이는 이러한 형질을 발생시키는 유전적 결정기(genetic determinant)가 핵 염색체(nuclear chromosome) 상에 위치하지 않고 미토콘드리아 DNA 에 의해 코딩되는 것을 의미한다. 미토콘드리아가 난세포에 의해서만 자손에게 전달되기 때문에, 이 형질은 모성 유전된다. 남성 불임의 발생은 100% 타가 수분을 가능하게 하기 때문에, 다우쿠스의 잡종(hybrid)이 쉽게 생산된다. 당근은 자식약세(inbreeding depression)를 겪는 작물이나, 잡종강세(heterosis), 또는 잡종 생장력(hybrid vigour)은 매우 강할 수 있다.
당근은 영양성 주근을 이용하기 위해 재배된다. 이 뿌리의 주요 부분은 바깥쪽 체관부 피질과 안쪽 목질부 심으로 구성된다. 심에 비해 피질의 많은 비율이 높은 원예학적 품질로 인정된다. 다양한 형태의 주근이 알려져 있으며, 용도에 따라 구형, 원추형 또는 더 원통형 형태가 바람직하다. 뿌리 길이는 5 내지 40cm 으로 다양하다; 지름은 1 내지 10cm 으로 다양할 수 있다. 주근의 색은 야생형은 흰색이지만 개량종은 주로 주황색이고, 일부 경우는 붉은색, 자주색, 검은색 또는 노란색이다. 주근에는 카로틴, 특히 중요한 항산화제이며 비타민 A 로 대사될 수 있는 베타-카로틴이 풍부하다. 또한, 당근은 식이 섬유, 비타민 C, 비타민 B6 및 비타민 K, 및 항산화제 팰캐리놀(falcarinol)의 원천이다. (카로티노이드를 포함하는) 항산화제가 만성 질환들을 예방하는 능력에 대해 연구되어 왔다. 천연당(free sugars)은 주로 수크로스, 글루코스 및 프럭토스이다.
당근의 재배는 전세계적으로 이루어지고 있다. 2011년에는 3500만톤 이상의 당근이 생산되었다(비특허문헌 4). 인류가 재배하고 있는 모든 작물과 마찬가지로, 이 작물의 풍작에도 많은 위협들이 존재한다. 많은 세균성, 진균성, 바이러스성, 및 비로이드성 질환들과 함께 많은 곤충 및 선충 해충들이 알려져 있다. 주요 세균성 및 진균성 질환은, 특히, 크산토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas campestris), 어위니아 카로토보라(Erwinia carotovora), 알터나리아 다우시(Alternaria dauci), 알터나리아 라디시나(Alternaria radicina), 피시움 속(Pythium spp.), 라이족토니아 속(Rhizoctonia spp.), 스클레로티니아 속(Sclerotinia spp.), 후사리움 속(Fusarium spp.), 보트리티스 시네레아(Botrytis cinerea) 및 파이토프토라 속(Phytophthora spp.)에 의해 발생한다. 헤테로데라 카로타에(Heterodera carotae), 멜로이도지네 속(Meloidogyne spp.) 및 프라틸렌처스 속(Pratylenchus spp.) 와 같은 선충류는 주근에 심각한 손상을 일으켜, 수확량 감소와 마켓팅에 부적당한 제품을 초래한다. 또한, 다양한 바이러스 및 비로이드가 식물 건강과 당근 수확량에 부정적인 효과를 갖는 것으로 알려져 있다.
이들 병원체들로 인한 당근의 수확량 감소는, 이들 병원체에 대한 저항성을 도입하기 위하여 회사 및 국가기관에서 시행하는 전용 육종 프로그램으로 이어졌다. 당근 재배에 중대한 영향을 가지는 질환 중 하나는 흰가루병(powdery mildew)을 유발하는 에리시페 헤라클레이(Erysiphe heraclei) 이다. 에리시페 헤라클레이는 에리시팔레스(Erysiphales) 목, 자낭균문(Ascomyceta)에 속하며, 산형과의 많은 식물들에 엽병(foliar disease)인 흰가루병을 유발한다(비특허문헌 5, 6). E. 에리시팔레스로부터, 여러 분화형(formae speciales)이 알려져 있으며, 이들은 일반적으로 산형과 내 다양한 속 식물들에 특이적이다.
일단 에리시페 헤라클레이가 퍼지면, 당근 식물들은 진균과 포자들로 뒤덮이게 된다. 진균은 식물 세포에 침투하기 위하여 흡기(haustoria)를 사용하나 세포막을 통과하지는 못한다; 따라서 진균은 세포 내에 존재한다. 이들은 흡기를 통해 감염된 식물의 세포외 공간으로부터 영양분과 물을 흡수한다. 진균의 패치들은 아랫부분 잎에 먼저 나타난 후 식물의 윗 부분으로 퍼진다. 이들 반점들은, 존재한다면, 화경을 포함한 식물의 일반 군집으로 퍼져나간다. 이 질환은 여름과 가을과 같은 온도에서 가장 심각하다. 심한 감염으로 인해 잎이 손실되고 수확량이 감소되며, 종자 작물의 경우 종자 품질이 낮아진다. 20%의 수확량 감소는 흔하다. 습윤 환경에서, 감염된 조직은 잎의 급격한 붕괴를 유발하는 다른(2차적인) 병원체들에 의해 쉽게 침투될 수 있다. 잎의 상실로 인해, 최신 탑 리프터(top lifter)들이 잎을 이용해 땅에서 당근을 잡아당길 수 없기 때문에, 감염된 식물들은 제대로 수확될 수 없다.
에리시페 헤라클레이 감염의 영향을 피하기 위한 한가지 방법은 살진균제(fungicide)의 적용이 될 수 있다. 그러나, 일반적으로 살충제의 사용은 점점더 제한되고 있으며, 대중의 인식 또한 이들 화합물들의 적용을 피하는 것을 선호한다. 또한, 유기농 재배자들은 재배에 살진균제를 적용하지 않는다. 따라서, 당업계에는 에리시페 헤라클레이에 저항성이 있는 당근을 제공할 명백한 필요성이 존재한다.
일본 기관에서 수행한 연구에서, CaMV 35S 항시성 프로모터의 조절 하에 인간 라이소자임 유전자를 사용한, 형질전환 접근법으로, 에리시페 헤라클레이에 대한 저항성을 도입하는 시도가 있었다. 일부 형질전환체는 에리시페 헤라클레이에 개선된 저항성을 나타내었다. 이 저항성은 자손들에서 확인되었다(비특허문헌 7).
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본 발명의 목적은, 부분적으로, 완벽하지 않더라도, 다우쿠스 생식질(germplasm)로부터 유전 물질을 이용하여, 당업계의 상기 과제의 해결책을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 특히, 에리시페 헤라클레이 또는 흰가루병에 저항성을 가지는, 당근 또는 다우쿠스 카로타 식물을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 특히, 청구항에 기재된 식물, 유전자 및 분자적 마커를 제공하는 것에 의하여 달성된다.
구체적으로, 상기 목적들은, 특히, 본 발명의 첫번째 양태에 따라, 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 가지는 다우쿠스 카로타 식물을 제공하는 것에 의해 달성되며, 상기 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체 상에서 본원에서 9708로 지칭되기도 하는 서열번호 4 및 본원에서 9625로 지칭되기도 하는 서열번호 5 사이에 위치하는 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1 에 의해 제공된다.
또는, 상기 목적들은, 특히, 본 발명의 첫번째 양태에 따라, 특히, 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 가지는 다우쿠스 카로타 식물을 제공하는 것에 의해 달성되며, 상기 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체 상에서 한쪽으로는 본원에서 9618, 9620, 9624, 9703 또는 9708로 확인되는 분자적 마커들 중 어느 하나 및 다른 한쪽으로는 본원에서 9625, 9629, 9635, 9631 또는 9636로 확인되는 분자적 마커들 중 어느 하나 사이에 위치하는 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1 에 의해 제공된다.
또는, 상기 목적들은, 특히, 본 발명의 첫번째 양태에 따라, 특히, 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 가지는 다우쿠스 카로타 식물을 제공하는 것에 의해 달성되며, 상기 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체 상에서 한쪽으로는 서열번호 1, 2, 3 또는 4 중 어느 하나 및 다른 한쪽으로는 서열번호 5, 6 또는 7 중 어느 하나 사이에 위치하는 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1 에 의해 제공된다.
다우쿠스 카로타의 게놈은 (부분적으로) 서열분석되어 있으며(비특허문헌 8), 이 서열은 NCBI 에서 서열 식별번호 PRJNA268187 로 공중에 이용가능하다(비특허문헌 9). PRJNA268187 의 서열에서, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1은, 3번 염색체의 1,648,619 위치 및 1,739,519 위치 사이에서 확인할 수 있다. 본원에 제시된 서열을 사용하여, 당업자는 다우쿠스 카로타의 게놈에 대하여 다른 공개된 공공의 서열 정보들 중에서, 특히 이의 3번 염색체에서, 예를 들어 3번 염색체의 서열번호 4 및 서열번호 5의 위치 사이에서, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1를 쉽게 확인할 수 있다. 또는, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1은, 한쪽으로는 서열번호 1, 2, 3 또는 4 중 어느 하나 및 다른 한쪽으로는 서열번호 5, 6 또는 7 중 어느 하나 사이에서 확인될 수 있다.
본 발명의 이러한 첫번째 양태의 바람직한 구체예에 따라, 본원의 다우쿠스 카로타 식물에서, 상기 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체 상에서 본원에서 9671로 지칭되기도 하는 서열번호 11 및 본원에서 9672로 지칭되기도 하는 서열번호 12 사이에 위치하는 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2 에 의해 추가로 제공된다.
또는, 본 발명의 이러한 바람직한 구체예에서, 추가적인 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체 상에서 한쪽으로는 본원에서 9659, 9666, 9669, 9670 또는 9671 로 확인되는 분자적 마커들 중 어느 하나 및 다른 한쪽으로는 본원에서 9672, 6709, 9674, 9677, 9528, 6909, 4201 또는 6069로 식별되는 분자적 마커들 중 어느 하나 사이에 위치하는 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2에 의해 제공된다.
또는, 본 발명의 이러한 바람직한 구체예에서, 추가적인 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체 상에서 한쪽으로는 서열번호 8, 9, 10, 또는 11 중 어느 하나 및 다른 한쪽으로는 서열번호 12, 13, 14, 또는 15중 어느 하나 사이에 위치하는 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2 에 의해 제공된다.
다우쿠스 카로타의 게놈은 (부분적으로) 서열분석되어 있으며(비특허문헌 8), 이 서열은 NCBI 에서 서열 식별번호 PRJNA268187 로 공중에 이용가능하다(비특허문헌 9). PRJNA268187 의 서열에서, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2는, 3번 염색체의 45,210,264 위치 및 45,845,221 위치 사이에서 확인할 수 있다. 본원에 제시된 서열을 사용하여, 당업자는 다우쿠스 카로타의 게놈에 대하여 다른 공개된 공공의 서열 정보들 중에서, 특히 이의 3번 염색체에서, 예를 들어 3번 염색체의 서열번호 11 및 서열번호 12의 위치 사이에서, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2를 쉽게 확인할 수 있다. 또는, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2는, 한쪽으로는 서열번호 8, 9, 10, 또는 11 중 어느 하나 및 다른 한쪽으로는 서열번호 12, 13, 14, 또는 15중 어느 하나 사이에서 확인될 수 있다.
다른 바람직한 구체예에 따라, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1은, 3번 염색체 2.68 cM 에 위치하며, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2는, 3번 염색체 76.7 cM 에 위치한다. 위에서와 같이, 센티모르간(centimorgan)으로 표시한 이들 염색체 위치는, PRJNA268187의 서열에서, 각각 염색체 3번의 1,648,619 위치 및 1,739,519 위치 사이, 그리고 45,210,264 위치 및 45,845,221 위치 사이에 해당한다.
다른 바람직한 구체예에 따라, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1은, 2015년 3월 19일자로 수탁번호 NCIMB 42389로 기탁된(Ferguson Building, Craibstone Estate, Bucksburn, Aberdeen AB21 9YA, United Kingdom) 다우쿠스 카로타 식물 종자로부터 유래되거나 수득되거나 수득가능하다. 다르게 표현하면, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1은, 바람직하게, 종자 기탁물 NCIMB 42389 에서 확인되는 저항성 유전자이다.
다른 바람직한 구체예에 따라, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2는, 2015년 4월 16일자로 수탁번호 NCIMB 42397 로 기탁된(Ferguson Building, Craibstone Estate, Bucksburn, Aberdeen AB21 9YA, United Kingdom) 다우쿠스 카로타 식물 종자로부터 유래되거나 수득되거나 수득가능하다. 다르게 표현하면, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2는, 바람직하게, 종자 기탁물 NCIMB 42397 에서 확인되는 저항성 유전자이다.
다른 바람직한 구체예에 따라, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1은, 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능하다. 다르게 표현하면, 본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1은, 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커와 유전적으로 연관결되어 있다.
추가적인 바람직한 구체예에 따라, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2는, 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능하다. 다르게 표현하면, 본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2는, 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커와 유전적으로 연관되어 있다.
본원의 제1 저항성 유전자, 또는 Eh1와, 본원의 분자적 마커들 간의 유전적 연관(genetic linkage)을 고려하면, 특히 바람직한 구체예에 따른, 본 발명은, 게놈 안에 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 게놈 서열을 포함하는, 다우쿠스 카로타 식물에 관한 것이다.
본원의 제2 저항성 유전자, 또는 Eh2와, 본원의 분자적 마커들 간의 유전적 연관(genetic linkage)을 고려하면, 특히 바람직한 구체예에 따른, 본 발명은, 게놈 안에 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 게놈 서열을 포함하는, 다우쿠스 카로타 식물에 관한 것이다.
가장 바람직한 구체예에 따라, 본 발명은 게놈 안에 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 게놈 서열 및 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 게놈 서열을 포함하는, 다우쿠스 카로타 식물에 관한 것이다.
상기에 기재된 식물은 바람직하게는 하이브리드 식물, 보다 바람직하게는 불임성 하이브리드 식물, 및 가장 바람직하게는 세포질(cytoplasmic) 웅성 불임성과 같은 웅성 불임성 하이브리드 식물이다.
본원의 다우쿠스 카로타 식물은, 바람직하게는 다우쿠스 카로타 아종 사티부스(Daucus carota ssp. sativus)이다.
다른 양태로서, 본 발명은 상기 기재된 다우쿠스 카로타 식물의 종자, 가식부(edible parts), 화분, 난세포, 캘러스(callus), 현탁 배양물(suspension culture), (체세포)배((somatic) embryo), 또는 식물 부분에 관한 것이다.
본원의 분자적 마커들과 본원의 저항성 유전자 Eh1 및 Eh2간의 유전적 연관(genetic linkage)을 고려하면, 본원 발명은, 다른 양태로서, 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 가지는 다우쿠스 카로타 식물을 식별하기 위한, 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6, 서열번호 7, 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커의 용도에 관한 것이다.
본원의 분자적 마커들과 본원의 저항성 유전자 Eh1 및 Eh2간의 유전적 연관(genetic linkage)을 고려하면, 본원 발명은, 다른 양태로서, 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 의해 발생하는 흰가루병에 저항성을 제공하는 유전자로서, 상기 유전자는 3번 염색체 2.6 cM 에 위치하고, 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능한 것인 유전자, 및 상기 유전자는 3번 염색체 76.7 cM 에 위치하고, 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능한 것인 유전자에 관한 것이다.
본 발명은 하기 실시예와 도면에 의하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본원의 분자적 마커들 및 식물 병원균 에리시페 헤라클레이에 저항성을 제공하는 본원의 제1 저항성 유전자 Eh1 과 본원의 제2 저항성 유전자 Eh2 모두를 보여주는, 다우쿠스 카로타 식물의 3번 염색체의 도식적인 물리적 지도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타난 분자적 마커인 SNP 마커들의 서열과 PRJNA268187(비특허문헌 9)의 서열 중 3번 염색체 상의 이들의 위치를 나타낸다.
서열번호 1-7은 유전자좌 Eh1에서 저항성 유전자를 대표하는 SNP 에 해당한다.
서열번호 8-15는 유전자좌 Eh2에서 저항성 유전자를 대표하는 SNP 에 해당한다.
서열번호 16-22는 유전자좌 Eh1에서 감수성 유전자를 대표하는 SNP 에 해당한다.
서열번호 23-30은 유전자좌 Eh2에서 감ㅅ성 유전자를 대표하는 SNP 에 해당한다.
IUPAC 뉴클레오티드 코드에 따른 코드 사용 (비특허문헌 10):
A = 아데닌 T = 티민
C = 시토신 G = 구아닌
K = G 또는 T
W = A 또는 T
Y = C 또는 T
실시예
실시예 1: 온실에서 에리시페 헤라클레이에 대한 저항성 테스트
적절한 감수성 당근 식물들 사이에 감염된 잎들을 놓아둠으로써 절대기생체(obligate parasite)인 이 진균이 식물 상에 유지되도록 하였다. 팬(fan)을 사용하여 공기 흐름에 의하여 포자들을 식물들 사이에 퍼뜨림으로써 이들 식물에 감염을 확산시켰다.
저항성을 테스트할 식물들을, 한 줄 당 약 30 식물로, 테이블 위의 흙 안에 심었다. 평가할 식물들의 매 20줄마다 레이스 0(race 0) 및 레이스 1(race 1)에 대한 저항성 재료와 감수성 재료를 일렬로 삽입하였다. 식물들이 약 3cm 높이가 되었을 때, 진균 포자들을 확실히 보여주는 감염된 잎들을 첨가함으로써 접종하였다. 먼저 저항성을 분석할 식물들에 상기 잎들을 묻힌 다음 접종하는 잎들을 어린 식물들 사이에 놓아두었다. 팬을 사용하여 포자를 더 퍼뜨렸다. 온도는 밤에는 16 ± 2℃로, 낮 동안은 22 ± 2℃였다; 최소한 16시간의 광(light)(또는 낮 길이가 더 길경우 그 이상) 및 최대 8시간의 암(dark). 주당 몇 번씩 테이블 사이에 물을 뿌림으로써 습도를 높은 수준으로 유지하였다. 6주 후에 식물들을 평가하였다. 감염된 잎들이 흰가루병 균사체 및 포자들로 뒤덮였고 보통 황백화되었다.
증상을 0(완전한 감수성)과 9(완전한 저항성) 사이로 점수를 매겨 감염의 중증도를 나타내었다. 감수성 대조군 식물들이 E. 헤라클레이 감염의 증상들을 정말로 나타내는지를 주의깊게 확인하였다.
실시예 2: E. 헤라클레이 저항성에 대한 필드 테스트
네덜란드의 기후학적 조건에서 필드 테스트를 수행하였다. 이 진균 접종원(inoculum)을 실시예 1에 기재한 바와 같이 준비하였다. 필드에서 테스트할 재료들은 5월 상반기 동안 직접 심었다.
식물들이 약 3m 높이가 되었을 때, 필드에서, 포자 형성 식물들이 담긴 포트(pot)를 테스트 대상인 어린 식물들 사이에 놓아둠으로써 접종원을 퍼뜨렸다. 바람이 접종한 식물(inoculating plant)들로부터 포자를 확산시켰다.
건조한 날씨 조건 동안 증상이 확실히 눈에 보일 때, 식물들이 저항성 또는 감수성 여부를 평가하였다. 증상을 0(완전히 감수성)과 9(완전히 저항성) 사이로 점수를 매겨 감염의 중증도를 나타내었다.
실시예 3: 게놈 DNA 의 분자적 특성확인 및 저항성 유전자의 맵핑
위에서 기재한 두 가지 이용가능한 저항성 유전자원(genetic resource)을 적용하여, 서로 다른 저항성 소스들을 감수성 당근 라인과 이종교배한 후, 그 결과로 얻은 F1 식물을 자가-수분함으로써, 두 F1S1 집단을 만들었다. 3개의 저항성 식물 대 1개의 감수성 식물의 분리가 관찰되어, 두 경우 모두에서 저항성이 우성 형질에 기초한다는 것을 알게 되었다.
기초 연구는 D. 카로타의 부분적인 유전자 지도의 작성과, 프로젝트 PRJNA268187 로 NCBI에 제출된(비특허문헌 9) 상기 식물 게놈의 거의-완성된 서열 분석으로 이어졌다.
서로 다른 저항성 소스들과 감수성 당근 라인 간의 이종교배로 인한 F1S1 세대로부터 2000 이상의 종자들이 수확되었다. QTL 맵핑을 수행하기 위하여, 각 이종교배로부터의 1200 식물들을 유리온실에서 키웠다. 각 개별 식물로부터, 잎 재료를 DNA 분리 및 연이은 마커 분석에 사용하였다.
저항성 유전자좌 근처에서 교차(crossover)를 가진 선별된 개체들의 동종교배(inbred)를 실시예 1에서 기재한 바와 같이 온실에서 테스트하여 저항성을 확인하였다.
저항성 유전자 지역 내 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP) 마커를 더 발굴하기 위하여, E. 헤라클레이에 대해 이용가능한 저항성 소스들을 가지고 서열 프로젝트를 시작하였다.
전체 게놈을 커버하는 SNP 마커들을 사용하여, 두 저항성 유전자 모두가 3번 염색체 상에 위치하는 것을 확인하였다. 두 저항성 라인들 및 하나의 감수성 라인의 서열과, 이용가능한 게놈 서열들을 조합하여 사용함으로써, 두 저항성 유전자좌 모두에 대해 많은 SNP 들이 발견되었다. 맵핑 집단들에 존재하는 교차(crossover)들에 근거하여, 각 저항성 유전자좌는, NCBI 에 PRJNA268187로 제출된(비특허문헌 9) 게놈 서열 상의 위치할 수 있었다.
D. 카로타 수탁번호 NCIMB4238에서, 저항성 유전자좌(Eh1) 은 3번 염색체 2.68 cM 에 위치하였고, 이는 1,648,619 및 1,739,519 bp 위치 사이의 단편에 해당한다.
위에 기재한 바와 같은 서열을 사용함으로써, 저항성 유전자좌 지역 내에서 더 많은 SNP 마커들이 발굴되었고 이들은 저항성 유전자좌 근처에서 교차(crossover)를 가진 개체들 및 저항성 소스들의 유전자형을 분석하는 데 사용되었다(표 1 참조).
[표 1]
D. 카로타 수탁번호 NCIMB42389 에 대한 정보를 주는 개체들의 유전자형 분석(Genotyping) 및 질환 테스트 점수(disease test scoring)
Figure pct00001
* 마커 9631에 대하여:교차 데이터에 기초하여, 마커들의 순서에 대해 이 지역의 유전자 지도가 수정되었다.
저항성 유전자좌는 마커 9618 및 9631 사이에 위치하였다.
또한, D. 카로타 수탁번호 NCIMB42397 에서, 제2 저항성 유전자좌(Eh2)의 위치는 3번 염색체 약 76.7 cM로 확인되었는데, 이는 45,210,264 bp 및 45,845,221 bp 위치 사이의 단편에 해당한다(비특허문헌 9).
수탁번호 NCIMB42397의 유전자형 분석 동안에도, 서열 프로젝트로부터의 정보로 더 많은 마커들이 발굴될 수 있었고, 이들은 교차를 가진 개체들 및 수탁번호 NCIMB42397 의 유전자형 분석에 사용될 수 있었다(표 2 참조).
[표 2]
표 2: D. 카로타 수탁번호 NCIMB42397 에 대한 정보를 주는 개체들의 유전자형 분석 및 질환 테스트 점수
Figure pct00002
도표로서 이 상황은 대안적으로 도 1과 같이 나타낼 수 있다.
cM 위치 및 염기쌍 위치 둘 다에 의하여 및 도 1에 나타난 바에 의하여 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 본원의 우성 저항성 유전자들은 3번 염색체 상에서 멀리 떨어져 위치한다. 이러한 두 별개의 저항성 유전자들의 발견은, 이들 저항성 유전자들이 내구저항성(durable resistance)을 위한 보다 강한 유전적 기반을 가지기 위하여, 바람직하게는, 예를 들어 하이브리드 내에 함께 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
상술한 저항성 소스들의 종자 샘플을 NCIMB (Ferguson Building; Craibstone Estate, Bucksburn, Aberdeen, Scotland, AB21 9YA)에 다음의 수탁번호로 기탁하였다.
NCIMB NCIMB42389 20150319 NCIMB NCIMB42397 20150416
SEQUENCE LISTING <110> Bejo Zaden BV <120> POWDERY MILDEW RESISTANCE GENES IN CARROT <130> 4/2SY85/21 <160> 30 <170> BiSSAP 1.3 <210> 1 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 1 ctgacccgac ccgagactcg ccgacctctt caactccctc cctccagaca tcacccgacc 60 cgacccgccg tcaaacccga caaaatcctc ctccgacatc g 101 <210> 2 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 2 aatcttgaag ttagtagcct ttattggcct tatgcttggc aacatcctgc ggagacaaat 60 aggactatgt acaatagcag cagaattgca gtttttgata a 101 <210> 3 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 3 ttctcaaaaa ttcggaagaa aatgcaaatg cttaccwggg cacaagatga ccgttccaac 60 ggattggtct tatggatgtg agccagattt taagccttca g 101 <210> 4 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 4 ggtaatgtac ttaaaaaaaa gcactccaac actcttctag tggttactta gatcaccagc 60 ayawyctcaa atytcctagc cattacctat ttataagtaa c 101 <210> 5 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 5 gcctttgcac tcgagggccg atctcagtcc ggtctgagga aatctttgca ggcctccgtt 60 agacctacgc cccgtagaaa ctatcatcat gtccgcttgc c 101 <210> 6 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 6 cctaatgaca gggctgaaat ctgggcggtc cgaaaggcaa acagagcaac caccgactct 60 cgtatatcct ttcattcttc ctgtccctcc aattttttta a 101 <210> 7 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 7 gatacttcag agtgctcaat gaacttggca acggatcatc ttcgaaggtt tcttcgagaa 60 ccaaaccaat taagtgactg gggtaaggca ccaagtcctt g 101 <210> 8 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 8 taataacgta tatatatatg atatgacttc tagcacttgg ttgaaagata aaaatcattg 60 aaacacttgg tttgaaccct tcgattgaag ataaggtctc t 101 <210> 9 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 9 gccattagag gaaccaataa ctgtgaacag gcgcggctta agtaaataac ttttatagct 60 gggacagact agtcgagtaa tgtctatcaa aaccgatggt t 101 <210> 10 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 10 ttgaattctg ctgtaaactt ggtcatgtcc tcctggtgat ggcactatta taattaacat 60 ggacggggct ctgtttcatt aaaagcagag ttaatagttt c 101 <210> 11 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 11 tacgtctgta gtatgagtgt kttttcatga attcggggtc tgagataata catcgccacg 60 acttgcagac caagctactc ctcatcagtg atttagcagg a 101 <210> 12 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 12 ctctaatacc atttgtgttc taatatttct tgttcaggtc actttacttt tacatcctag 60 gtctggtgac ccgtttctaa gcttatctag tgatggttgt t 101 <210> 13 <211> 71 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 13 atccctgtca gaaaattgtt acgtcggaaa agaaggcctc acgacgcgat cggaggagct 60 gtagtaagag t 71 <210> 14 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 14 gcaagtatta cccaaaattg gccccaatat atattttttg tatccggcta tattgattgc 60 accaatgtca caatcttgac cawgaaaaaa gactccctta a 101 <210> 15 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 15 tgtacgatat atgttcagtc tgttcttgag cctgatttta cacaatcttt gaatccgcgc 60 tggaaaaatg aaactttaga aggttttctt tgatctctta a 101 <210> 16 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 16 ctgacccgac ccgagactcg ccgacctctt caactccctc cctccagaca ccacccgacc 60 cgacccgccg tcaaacccga caaaatcctc ctccgacatc g 101 <210> 17 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 17 aatcttgaag ttagtagcct ttattggcct tatgcttggc aacatcctgc agagacaaat 60 aggactatgt acaatagcag cagaattgca gtttttgata a 101 <210> 18 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 18 ttctcaaaaa ttcggaagaa aatgcaaatg cttaccwggg cacaagatga acgttccaac 60 ggattggtct tatggatgtg agccagattt taagccttca g 101 <210> 19 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 19 ggtaatgtac ttaaaaaaaa gcactccaac actcttctag tggttactta aatcaccagc 60 ayawyctcaa atytcctagc cattacctat ttataagtaa c 101 <210> 20 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 20 gcctttgcac tcgagggccg atctcagtcc ggtctgagga aatctttgca cgcctccgtt 60 agacctacgc cccgtagaaa ctatcatcat gtccgcttgc c 101 <210> 21 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 21 cctaatgaca gggctgaaat ctgggcggtc cgaaaggcaa acagagcaac taccgactct 60 cgtatatcct ttcattcttc ctgtccctcc aattttttta a 101 <210> 22 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 22 gatacttcag agtgctcaat gaacttggca acggatcatc ttcgaaggtt ccttcgagaa 60 ccaaaccaat taagtgactg gggtaaggca ccaagtcctt g 101 <210> 23 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 23 taataacgta tatatatatg atatgacttc tagcacttgg ttgaaagata gaaatcattg 60 aaacacttgg tttgaaccct tcgattgaag ataaggtctc t 101 <210> 24 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 24 gccattagag gaaccaataa ctgtgaacag gcgcggctta agtaaataac atttatagct 60 gggacagact agtcgagtaa tgtctatcaa aaccgatggt t 101 <210> 25 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 25 ttgaattctg ctgtaaactt ggtcatgtcc tcctggtgat ggcactatta aaattaacat 60 ggacggggct ctgtttcatt aaaagcagag ttaatagttt c 101 <210> 26 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 26 tacgtctgta gtatgagtgt kttttcatga attcggggtc tgagataata gatcgccacg 60 acttgcagac caagctactc ctcatcagtg atttagcagg a 101 <210> 27 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 27 ctctaatacc atttgtgttc taatatttct tgttcaggtc actttacttt gacatcctag 60 gtctggtgac ccgtttctaa gcttatctag tgatggttgt t 101 <210> 28 <211> 71 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 28 atccctgtca gaaaattgtt acgtcggaaa agaaggcttc acgacgcgat cggaggagct 60 gtagtaagag t 71 <210> 29 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 29 gcaagtatta cccaaaattg gccccaatat atattttttg tatccggcta cattgattgc 60 accaatgtca caatcttgac cawgaaaaaa gactccctta a 101 <210> 30 <211> 101 <212> DNA <213> Daucus carota <400> 30 tgtacgatat atgttcagtc tgttcttgag cctgatttta cacaatcttt aaatccgcgc 60 tggaaaaatg aaactttaga aggttttctt tgatctctta a 101

Claims (19)

  1. 식물 병원균 에리시페 헤라클레이(Erysiphe heraclei) 에 의해 발생하는 흰가루병(powdery mildew)에 저항성을 가지는 다우쿠스 카로타(Daucus carota) 식물로서, 상기 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체에서 서열번호 4 및 서열번호 5 사이에 위치한 제1 저항성 유전자에 의해 제공되는 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저항성은, 상기 식물의 3번 염색체에서 서열번호 11 및 서열번호 12 사이에 위치한 제2 저항성 유전자에 의해 추가로 제공되는 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 저항성 유전자는 3번 염색체 2.68 cM 에 위치하는 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 저항성 유전자는 3번 염색체 76.7 cM 에 위치하는 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 저항성 유전자는 수탁번호 NCIMB 42389로 기탁된 다우쿠스 카로타 식물의 종자로부터 수득가능한 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 저항성 유전자는 수탁번호 NCIMB 42397로 기탁된 다우쿠스 카로타 식물의 종자로부터 수득가능한 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 저항성 유전자는 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능한 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 저항성 유전자는 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능한 것인, 다우쿠스 카로타 식물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 게놈 안에 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 게놈 서열을 포함하는, 다우쿠스 카로타 식물.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 게놈 안에 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 게놈 서열을 포함하는, 다우쿠스 카로타 식물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식물은 하이브리드 식물인, 다우쿠스 카로타 식물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하이브리드 식물은 불임성 하이브리드 식물인, 다우쿠스 카로타 식물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 불임성 하이브리드 식물은 웅성(male) 불임성, 바람직하게는 세포질(cytoplasmic) 웅성 불임성 하이브리드 식물인, 다우쿠스 카로타 식물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식물은 다우쿠스 카로타 아종 사티부스(Daucus carota ssp. sativus)인, 다우쿠스 카로타 식물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 다우쿠스 카로타 식물의 종자, 가식부(edible parts), 화분, 난세포, 캘러스(callus), 현탁 배양물(suspension culture), 체세포배(somatic embryo), 배(embryo) 또는 식물 부분.
  16. 식물 병원균 에리시페 헤라클레이(Erysiphe heraclei) 에 의해 발생하는 흰가루병(powdery mildew)에 저항성을 가지는 다우쿠스 카로타(Daucus carota) 식물을 식별하기 위한, 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6, 서열번호 7, 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커의 용도.
  17. 식물 병원균 에리시페 헤라클레이(Erysiphe heraclei) 에 의해 발생하는 흰가루병(powdery mildew)에 저항성을 제공하는 유전자로서, 상기 유전자는 3번 염색체 2.6 cM 에 위치하고, 상기 유전자는 서열번호 1, 서열번호 2, 서열번호 3, 서열번호 4, 서열번호 5, 서열번호 6 및 서열번호 7로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능한 것인, 유전자.
  18. 식물 병원균 에리시페 헤라클레이(Erysiphe heraclei) 에 의해 발생하는 흰가루병(powdery mildew)에 저항성을 제공하는 유전자로서, 상기 유전자는 3번 염색체 76.7 cM 에 위치하고, 상기 유전자는 서열번호 8, 서열번호 9, 서열번호 10, 서열번호 11, 서열번호 12, 서열번호 13, 서열번호 14 및 서열번호 15로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 분자적 마커에 의해 식별가능한 것인, 유전자.
  19. 제17항에 따른 저항성 유전자, 제18항에 따른 저항성 유전자, 또는 제17항에 따른 저항성 유전자 및 제18항에 따른 저항성 유전자를 포함하는 다우쿠스 카로타 식물.
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