WO2016125933A1 - Method for determining fruit color of fruit vegetables - Google Patents

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psy1
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노일섭
황인덕
김영욱
박종인
양기웅
정희정
우딘아메드 나잘
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순천대학교 산학협력단
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    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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Abstract

The present invention relates to a method for determining the fruit color of fruit vegetables, characterized by determining whether the fruit color of fruit vegetables is green, brown, yellow, or red, by checking whether the functions of the phytoene synthase 1 (PSY1) gene are normal or not and whether the nucleotide sequence of the stay green 1 (SGR1) gene varies or not.

Description

과채류의 과색 판정방법How to determine the color of fruit
본 발명은 과채류의 과색 판정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과채류의 시료로부터 PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 정상 기능 유무를 확인하고, SGR1(stay green 1) 유전자 염기서열의 변이 여부를 확인하여 과채류의 과색이 초록색, 갈색, 노란색 또는 빨간색을 판정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 과채류의 과색 판정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the fruit color of fruit and vegetables, and more specifically, to determine whether the normal function of PSY1 (phytoene synthase 1) gene from the fruit vegetable sample, and to determine whether the mutation of SGR1 (stay green 1) gene sequence A method for judging overcolor of a fruit vegetable, characterized in that the fruit color of the fruit vegetable includes determining green, brown, yellow or red color.
카로티노이드(carotenoid)는 C40 이소프레노이드 화합물(isoprenoid compounds)을 가지는 유기분자로서, 주로 광합성 생물에서 합성되는 황색에서 홍색, 적색을 나타내는 범위에 있으며 식물에서는 엽록체(chloroplast)와 잡색체(chromoplast) 내에서 생합성되어 과실, 뿌리 등의 저장기관과 꽃과 같은 생식기관의 광합성 조직에 색을 부여한다(Ha, S.H., et al., 2007, J. Exp. Bot., 58:3135-3144.). 카로티노이드의 종류는 β-카로틴(β-carotene; 당근, 인삼, 해조류, 갑각류 등의 주황색 색소), 라이코펜(lycopene, 토마토, 수박 등의 적색 색소), 푸코잔틴(fucoxanthin; 해조류의 황갈색 또는 갈색 색소), 루테인(lutein: 녹초, 시금치, 계란 등의 녹색 색소) 등이 있다. 이중 β-카로틴(β-carotene)은 인체 내에서 비타민 A의 전구체로서의 역할을 하며, 산화방지 효과와 유해산소 소거작용, 암세포 증식 및 발암 억제작용이 강하여 순환기 질환, 암 및 성인병 등을 예방하는 효능을 가진 것으로 알려져 있다. 이에 카로티노이드를 함유하는 과채류의 소비가 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 과실의 형태, 색상 및 성분 등이 다양한 신품종의 개발 역시 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.Carotenoids are organic molecules containing C40 isoprenoid compounds, which range from yellow to red and red, mainly synthesized in photosynthetic organisms, and in plants in chloroplasts and chromoplasts. It is biosynthesized and gives color to the photosynthetic tissues of reproductive organs, such as flowers and roots (Ha, SH, et al. , 2007, J. Exp. Bot., 58: 3135-3144). Types of carotenoids include β-carotene (orange pigments such as carrots, ginseng, seaweed, shellfish, etc.), lycopene (red pigments such as lycopene, tomatoes, watermelons), and fucoxanthin (yellowish brown or brown pigments of seaweeds). , Lutein (green pigment, such as exhaustion, spinach, eggs). Of these, β-carotene acts as a precursor of vitamin A in the human body, and it is effective in preventing circulatory disease, cancer and adult diseases due to its strong anti-oxidant effect, harmful oxygen scavenging effect, cancer cell proliferation and carcinogenesis. It is known to have Accordingly, the consumption of fruit vegetables containing carotenoids is continuously increasing, and accordingly, the development of new varieties of various forms, colors, and ingredients of fruits is also continuously increasing.
그러나 과채류의 신품종의 개발에도 불구하고, 육종 소재의 유전적 유사성이 매우 높아 품종간 표현형이 큰 차이를 보이지 않으며, 특히 과채류의 과색의 경우 개체가 완전히 성숙해서 과실이 익을 때까지는 그 색을 알 수 없으므로 과색에 대한 분자표지(molecular marker) 개발을 이용한 품종 구분 기술의 정립이 필요한 실정이다. However, despite the development of new varieties of fruits and vegetables, the genetic similarity of the breeding materials is so high that the phenotypes of the varieties do not show a big difference. Especially, in the case of fruiting, the color of the fruit is fully matured until the fruit ripens. Therefore, it is necessary to establish a breeding technique using molecular markers for overcoloring.
최근 10년 사이에 유전공학적으로 토마토, 애기장대(Arabidopsis) 및 파프리카 등의 식물을 이용하여 카로티노이드 생합성에 관련된 효소 유전자들에 대한 연구가 진행됨에 따라 카로티노이드 생합성 경로가 많이 밝혀졌다. 보다 구체적으로, 노란색 토마토 과실은 PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 3 염색체(chromosome) r 위치(locus, r 2997) 돌연변이가 일어나 피토엔(phytoene)의 합성을 억제하여 생성되며, 귤색 토마토 과실은 CRTISO(cis-trans isomerase) 유전자의 10 염색체(chromosome) tangerine 위치(locus, t 3002) 돌연변이가 일어나 7,9,7',9'-테트라-시스-리코펜(7,9,7',9'-tetra-cis-lycopene, prolycopene)이 축적되어 생성된다. 또한, 오렌지색 토마토 과실은 LCY-B(lycopene β-cylase) 유전자의 12 염색체(chromosome) Delta 위치에서 돌연변이가 일어나 델타-카로틴(δ-carotene)의 합성이 증가하여 생성되거나 성숙단계에서 CYC-B(chromoplast specific lycopene β-cylase) 유전자의 발현에 의해 야생형 토마토 과실에 비하여 5~10배 많은 베타-카로틴(β-carotene)이 합성되어 생성되며, 갈색 토마토 과실은 SGR(stay green) 유전자의 8 염색체(chromosome) gf(green-flesh) 위치에서 돌연변이가 일어나는 경우 성숙단계에서 엽록소(chlorophyll)의 분해를 억제하여 생성된다(David E., et al., 2012, PANS, 109(40):19021-19026; Ilan Paran and Esther van der Knaap, 2007, Journal of Experimental Botany, 23: 1-12.; Ronen, G., et al., 2000, Proceedings of the National Academy of Sciences, 97:11102-11107.; Barry et al., 2008, Plant physiology, 147:179-187.). 또한, 최근에는 토마토 과실의 성숙단계에서 SGR1(stay green 1) 유전자의 발현은 PSY1(phytoene synthase 1) 유전자와 연관이 있다고 보고되었다(Zhidan Luo., et al., 2013, New Phytologist, 198:442-452.) In recent decades, genetic engineering of plants, such as tomatoes, Arabidopsis , and paprika, has led to the study of enzyme genes related to carotenoid biosynthesis. More specifically, yellow tomato fruit is produced by mutating the 3 chromosome r position (locus, r 2997 ) of the PSY1 (phytoene synthase 1) gene to inhibit the synthesis of phytoene, and the orange tomato fruit is CRTISO 10 chromosome tangerine position (locus, t 3002 ) mutation of the (cis-trans isomerase) gene results in 7,9,7 ', 9'-tetra-cis-lycopene (7,9,7', 9'- tetra-cis-lycopene, prolycopene) is produced by accumulation. In addition, the orange tomato fruit is produced by mutation at the 12 chromosome Delta position of the lycopene β-cylase ( LCY-B ) gene to increase the synthesis of delta-carotene, or at the maturation stage of CYC-B ( By expression of chromoplast specific lycopene β-cylase gene, 5-10 times more beta-carotene is synthesized than wild-type tomato fruit, and brown tomato fruit is composed of 8 chromosomes of stay green ( SGR ) gene. Chromosome) Mutations in the gf (green-flesh) position are produced by inhibiting the degradation of chlorophyll during maturation (David E., et al. , 2012, PANS, 109 (40): 19021-19026; Ilan Paran and Esther van der Knaap, 2007, Journal of Experimental Botany, 23: 1-12 .; Ronen, G., et al. , 2000, Proceedings of the National Academy of Sciences, 97: 11102-11107 .; Barry et al. , 2008, Plant physiology, 147: 179-187. In recent years, the expression of SGR1 (stay green 1) gene in tomato fruit maturation has been reported to be associated with PSY1 (phytoene synthase 1) gene (Zhidan Luo., Et al. , 2013, New Phytologist, 198: 442). -452.)
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-0331183호는 고추의 빨간색 결정에 관여하는 PSY(phytoene synthase) 변형 유전자 및 이를 이용한 고추의 과색에 관련된 육종을 선별하는 방법에 대한 것으로, 상기 문헌에는 PSY 유전자의 결함이 과실에서의 카로티노이드 부족을 일으켜, 정상적인 빨간색이 아닌 오렌지 과색을 나타낸다고 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-0990330호는 카로티노이드 축적에 관련된 고구마 유래 IbOrange 단백질 및 이를 코딩하는 유전자에 대하여 개시하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제2008-0087849호는 식물, 식물세포, 캘러스, 조직, 열매, 뿌리 또는 식물의 다른 부분에서의 미토콘드리아 복합체 I, Ⅱ, Ⅲ 및/또는 Ⅳ, 보다 바람직하게는 미토콘드리아 복합체 I을 손상시켜 카로티노이드 및 다른 아이소프레노이드, 특히, 라이코펜 및/또는 β-카로틴의 함량을 증강시키는 방법, 및/또는 식물의 높이를 증가시키는 방법에 대하여 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-0647767호는 식물의 노화시 잎의 엽록소(chlorophyll) 분해대사에 관여하여 잎의 황화를 유발하는 새로운 SGR(stay-green) 유전자를 변이시키거나 발현억제 또는 SGR 유전자에 의해 코딩되는 단백질을 무력화시켜 잎의 노화시 엽녹색이 유지되도록 하는 신규 녹색지속유전자 및 녹색지속성 변이식물제의 제조방법에 대하여 개시하고 있다. 그러나 상기 논문 또는 선행특허에서 개시하고 있는바와 같이 PSY1(phytoene synthase 1) 유전자 상의 돌연변이에 의한 과색의 표현형은 노란색 또는 오렌지색이고, SGR1(stay green 1) 유전자 상의 돌연변이에 의한 과색의 표현형은 갈색을 나타내므로 PSY1 유전자 또는 SGR1 유전자 등 한 종류 유전자의 돌연변이만으로는 과채류의 과색을 명확하게 판별하기 어렵다. In this connection, the Republic of Korea Patent No. 10-0331183 discloses that about selective breeding involved in the pepper using PSY (phytoene synthase) which is involved in the determination of the red pepper modification gene and this gwasaek, supra is the PSY gene It is disclosed that the defect causes carotenoid deficiency in the fruit, and thus orange orange color rather than normal red color. Korean Patent No. 10-0990330 discloses a sweet potato-derived IbOrange protein related to carotenoid accumulation and a gene encoding the same. In addition, Korean Patent Publication No. 2008-0087849 discloses mitochondrial complex I, II, III and / or IV, more preferably mitochondrial complex I in plants, plant cells, callus, tissues, fruits, roots or other parts of the plant. A method of increasing the content of carotenoids and other isoprenoids, in particular lycopene and / or β-carotene, and / or increasing the height of the plant by damaging them, is disclosed in Korean Patent No. 10-0647767. When the plant ages, it is involved in the chlorophyll breakdown metabolism of the leaves, causing mutations in the new SGR (stay-green) gene that causes leaf yellowing, or inhibiting the expression of proteins encoded by the SGR gene. Disclosed are a new green sustainable gene and a method for preparing a green persistent mutant plant to maintain leaf green. However, as disclosed in the above paper or prior patents, the phenotype of hypercoloration by mutations on the PSY1 (phytoene synthase 1) gene is yellow or orange, and SGR1 (stay green 1) Since the phenotype of overcoloring by mutations on the gene is brown, it is difficult to clearly identify the overcoloring of the fruits and vegetables by mutations of only one type of gene, such as the PSY1 gene or the SGR1 gene.
한편, 단일염기다형성(SNP; single nucleotide polymorphism)은 개체마다 차이를 나타내는 외형적 특성, 유전병의 원인, 맞춤약 처방 등 유전정보상의 중요한 실마리를 제공하므로 유전정보학문의 초기부터 많은 연구가 이루어져왔다. 특히 현재까지 사람의 게놈에서 20만개 이상의 단일염기다형성 부위(SNP)가 발견되었으며, 점차 그 양은 엄청난 속도로 축적되고 있다(Wang, D.G., et al., 1998, Science, 280:1077-1082.). 이러한 염기서열의 변화는 비암호화 영역(non-coding region)에서 가장 높게 나타나며, 암호화 영역(coding region) 안에서는 인트론 영역이 엑손 영역에 비해 서열변화의 정도가 높은 것으로 알려져 있다(Ching, A., et al., 2002, BMC Genet., 3:19.; Van Deynze, A.E., et al., 2007b, In Plant and Animal Genome XV. San Diego, CA. Scherago International.). 즉, 인트론의 서열은 서로 다른 종간에도 동일한 형태로 보존되어 있는 경우가 많기 때문에 SNP를 찾기 위하여 인트론이나 비암호화 영역으로부터 SNP를 만드는 방법이 이용된다(Fourmann, M.P., et al., 2002, Theor. Appl. Genet., 105:1196-1206.). 이러한 염기서열의 차이를 이용한다면 매우 가까운 품종 간에도 구분이 가능한 분자표지를 개발할 수 있다. 그러나 토마토의 경우 초록 과색의 표현형질이 어떤 유전자의 영향에 의한 것인지는 아직까지 밝혀지지 않았다.On the other hand, SNP (single nucleotide polymorphism) provides important clues in genetic information, such as the appearance characteristics, genetic diseases, and custom-made prescriptions that vary from person to person, so much research has been conducted since the early days of genetic information studies. In particular, more than 200,000 single nucleotide polymorphisms (SNPs) have been found in the human genome so far, and the amount is rapidly accumulating (Wang, DG, et al., 1998, Science, 280: 1077-1082.) . This sequence change is highest in the non-coding region, and it is known that the intron region has a higher degree of sequence change than the exon region in the coding region (Ching, A., et. al. , 2002, BMC Genet., 3:19 .; Van Deynze, AE, et al. , 2007b, In Plant and Animal Genome XV. San Diego, CA. Scherago International.). That is, since intron sequences are often conserved in the same form among different species, a method of making SNPs from introns or non-coding regions is used to find SNPs (Fourmann, MP, et al. , 2002, Theor. Appl. Genet., 105: 1196-1206.). Using these differences in nucleotide sequences, we can develop molecular markers that can be distinguished between very close varieties. In the case of tomatoes, however, it is not yet known which gene influences the green and green phenotype.
이에 본 발명자들은 과채류에서 초록, 갈색 또는 노란색 과색의 표현형질이 SGR1, PSY1 유전자상의 다형성, 즉 SGR1, PSY1 유전자 중 어떤 염기의 돌연변이에 의한 것인지 밝히고, PSY1 유전자 및 SGR1 유전자의 기능 유무에 따라 과채류의 과색을 판정할 수 있는 방법을 개발하고자 노력한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors Green in the fruit and vegetable seeds, expression trait SGR1, PSY1 polymorphisms on the brown or yellow gwasaek, i.e. SGR1, reveals whether by mutations in which a base of PSY1 gene, to determine the gwasaek of fruits and vegetables according to the features or absence of PSY1 gene and SGR1 gene As a result of trying to develop a method that can achieve the present invention was completed.
본 발명의 목적은 과채류 시료로부터 PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 정상 기능 유무를 확인하고, SGR1(stay green 1) 유전자 염기서열의 변이 여부를 확인하여 과채류의 과색이 초록색, 갈색, 노란색 또는 빨간색임을 판정하는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to confirm the normal function of the PSY1 (phytoene synthase 1) gene from the fruit vegetable sample, and to check whether the mutation of the SGR1 (stay green 1) gene sequence indicates that the fruit is green, brown, yellow or red. It is to provide a method for determining.
본 발명은 과채류의 시료로부터 PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 정상 기능 유무를 확인하고, SGR1(stay green 1) 유전자 염기서열의 변이 여부를 확인하여 과채류의 과색을 판정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for confirming the normal functioning of the PSY1 (phytoene synthase 1) gene from a sample of fruit vegetables, and determining the hypercoloration of the fruit vegetable by checking whether the SGR1 (stay green 1) gene sequence is mutated.
보다 구체적으로, 본 발명의 과채류의 과색 판정은 a) PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 기능이 상실되고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열 중 371번째, 1,647번째 또는 1,679번째 염기서열 중 하나 이상의 염기가 변이되는 경우는 초록색임을 판정하고, b) PSY1 유전자가 정상 기능을 하고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열 중 371번째, 1,647번째 또는 1,679번째 염기서열 중 하나 이상의 염기가 변이되는 경우 갈색임을 판정하고, c) PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 기능이 상실되고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열을 가지는 경우 노란색임을 판정하고, 또는 d) PSY1 유전자가 정상 기능을 하고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열을 가지는 경우 빨간색임을 판정하여 이루어진다.More specifically, the color determination of the fruit vegetable of the present invention comprises: a) loss of the function of the PSY1 (phytoene synthase 1) gene, and the sequence of the 371, 1,647 or 1,679 base sequences of the normal SGR1 gene consisting of SEQ ID NO: 1. If one or more of which is a base variation is determined that the green, and b) PSY1 gene is a normal function, and the wild type nucleotide sequence 371 th, 1,647 th or 1679th base sequence of one or more bases of one of SGR1 gene consisting of SEQ ID NO: 1 If the mutation is determined to be brown, c) PSY1 (phytoene synthase 1) gene function is lost, if the base sequence of the normal SGR1 gene consisting of SEQ ID NO: 1 is yellow, or d) PSY1 gene is normal function When the base sequence of the normal SGR1 gene consisting of SEQ ID NO: 1 is determined by red.
본 발명에 있어서, 상기 PSY1(phytoene syntase 1) 유전자의 정상 기능 또는 기능 상실은 과채류의 과실이 성숙되는 단계에서 피토엔(phytoene)의 양을 증가 또는 감소시켜 카로티노이드(carotenoid; 예, 리코펜, β-카로틴 등)의 축적을 조절함으로써 과채류의 과색을 변화시키는 것을 의미한다.In the present invention, the normal function or loss of function of the PSY1 (phytoene syntase 1) gene increases or decreases the amount of phytoene at the stage of fruit fruit ripening (carotenoids (eg, lycopene, β-) By controlling the accumulation of carotene, etc.).
하나의 구체적 양태로서, 과채류의 과실이 성숙되는 단계에서 PSY1 유전자가 정상 기능을 하는 경우 카로티노이드, 특히 아주 붉은색의 리코펜(lycopene) 또는 β-카로틴(β-carotene)이 합성되어 빨강색, 주황색, 보라색, 갈색 또는 분홍색 등, 바람직하게는 빨강색 또는 갈색의 과색을 나타내는 반면, PSY1 유전자에 결함이 생겨 PSY1 유전자의 기능이 상실된 경우 리코펜(lycopene) 또는 β-카로틴(β-carotene)의 합성이 억제되어 노란색, 초록색 또는 백색 등, 바람직하게는 노란색 또는 초록색의 과색을 나타냄을 유추할 수 있다. 이때, 상기 결함은 PSY1 유전자의 염기 일부가 결실되거나, 단일 또는 복수의 염기가 치환 또는 삽입된 것일 수 있다.In one specific embodiment, carotenoids, especially the very red lycopene or β-carotene, are synthesized when the PSY1 gene functions normally at the stage of fruit ripening. Purple, brown, or pink, preferably red or brown, but inhibits the synthesis of lycopene or β-carotene if the PSY1 gene is defective and the function of the PSY1 gene is lost It can be inferred to exhibit a yellow, green or white color, preferably yellow or green. In this case, the defect may be a portion of the base of the PSY1 gene is deleted, or a single or a plurality of bases are substituted or inserted.
상기 PSY1 유전자의 염기서열은 Sol genomics network(http://solgenomics.net)에 Solyc03g031860으로 확인할 수 있다.The base sequence of the PSY1 gene can be identified as Solyc03g031860 in Sol genomics network (http://solgenomics.net).
하나의 구체적 실시에서, 각기 다른 과색을 가지는 과채류의 과육으로부터 분리한 게놈 DNA를 주형으로 PSY1 유전자를 증폭하기 위해 본 발명에 따라 제작된 프라이머 세트를 이용하여 PCR을 실시한 결과, 노란색 및 초록색의 과색을 가지는 과채류의 게놈 DNA에서는 PSY1 유전자가 증폭되지 않았으며 이는 PSY1 유전자의 첫 번째 엑손(exon)에서 1개 이상의 염기가 삽입되어 PSY1 유전자의 기능이 상실된 것으로 유추된다(실시예 2 참조).In one specific embodiment, PCR was carried out using a primer set prepared according to the present invention to amplify the PSY1 gene as a template from genomic DNA isolated from the flesh of fruit vegetables having different colors, resulting in yellow and green coloring. the genomic DNA of the Fruits and Vegetables having had PSY1 gene is not amplified, which has one or more bases in the first exon (exon) of the gene inserted PSY1 is inferred that lost the function of PSY1 gene (see example 2).
본 발명에 있어서, 상기 SGR1(stay green 1) 유전자의 염기서열 변이는 염기서열 중 특정 부위의 염기가 결실, 치환 또는 삽입되어 SGR1 단백질이 불활성화 또는 기능이 저하됨으로써 엽록소(chlorophyll)의 분해가 억제되어 과채류의 과색이 변화하는 것을 의미한다.In the present invention, the nucleotide sequence variation of the SGR1 (stay green 1) gene is deleted, substituted or inserted into the base of a specific region of the nucleotide sequence to inhibit the degradation of chlorophyll (chlorophyll) by inactivation or degradation of the SGR1 protein This means that the color of the fruits and vegetables changes.
본 발명에 있어서, 상기 변이는 SGR1 단백질이 불활성화되는 것이라면 반드시 이로 제한되는 것이 아니나, 바람직하게는 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째, 1,647번째 또는 1,679번째 염기가 다른 염기로 치환되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the mutation is not necessarily limited if the SGR1 protein is inactivated, but preferably the 371th , 1,647 or 1,679 bases of the normal SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 is substituted with another base. Characterized in that it is made.
본 발명에 있어서, 상기 과채류의 과색 판정방법은 과채류의 과실이 완전히 성숙하기 전에 간단하고 정확하게 초록색, 갈색, 노란색 또는 빨간색 과색을 갖는 과채류를 선별 및 특정할 수 있다.In the present invention, the fruit color determination method of the fruit vegetable can select and specify the fruit vegetable having a green, brown, yellow or red fruit color simply and accurately before the fruit of the fruit vegetable fully matures.
하나의 구체적 양태로서, PSY1 유전자의 기능이 상실되고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째, 1,647번째 또는 1,679번째 염기가 변이되는 경우 과채류의 과색이 초록색임을 판정할 수 있다.In one specific embodiment, when the function of the PSY1 gene is lost, and the 371th , 1,647, or 1,679th bases of the normal SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 are mutated, it may be determined that the fruit is green.
다른 하나의 구체적 양태로서, PSY1 유전자가 정상 기능을 하고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째, 1,647번째 또는 1,679번째 염기가 변이되는 경우 과채류의 경우 갈색임을 판정할 수 있다. As another specific embodiment, when the PSY1 gene functions normally and the 371th , 1,647, or 1,679th bases of the normal SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 are mutated, it can be determined that the fruit is brown.
여기서, 상기 변이는 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째 염기 사이토신(C)이 티민(T)으로 치환되거나, 1,647번째 염기 아데닌(A)이 티민(T)으로 치환되거나, 1,679번째 염기 티민(T)이 사이토신(C)으로 치환되어 이루어질 수 있다. 이때, 상기 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째 염기, 1,647번째 염기 또는 1,679번째 염기는 과채류의 과색이 갈색 또는 초록색의 표현형을 나타내는 SGR1 유전자의 단일염기다형(SNP)이다.Here, the mutation is the 371 base cytosine (C) of the normal SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 is replaced with thymine (T), 1,647 base adenine (A) is substituted with thymine (T), or 1,679 The first base thymine (T) may be made by replacing with cytosine (C). In this case, the 371th base, 1,647th base, or 1,679th base of the normal SGR1 gene base sequence is a single nucleotide polymorphism (SNP) of the SGR1 gene whose fruit color is brown or green.
보다 구체적으로, 상기 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째 염기의 치환은 SGR1 유전자가 아미노산으로 번역되는 과정에서 91번째 아미노산인 글루타민(Gln, Q; CAA)이 아닌 종결코돈(TAA)으로 번역되고, 1,647번째 염기의 치환은 SGR1 유전자가 아미노산으로 번역되는 과정에서 143번째 아미노산인 아르기닌(Arg, R; AGA)이 아닌 세린(Ser, S; AGT)이 생성되며, 상기 1,679번째 염기의 치환은 SGR1 유전자의 세 번째 엑손(exon)에서 가변적 스플라이싱(alternative splicing)이 발생하여 mRNA에서'AAGTTCATAATAAATTGCCACCATATCTATG'염기서열이 삽입되어 생성되는 종결코돈(TAA)에 의해 SGR1 단백질이 불활성화 되어 과채류의 과색이 갈색 또는 초록색의 표현형을 나타냄을 유추할 수 있다.More specifically, the substitution of the 371th base in the normal SGR1 gene sequence is translated into a stop codon (TAA), not glutamine (Gln, Q; C AA), which is the 91th amino acid in the process of translating the SGR1 gene into an amino acid, Substitution of the 1,647 th base yields serine (Ser, S; AG T ) rather than 143 th amino acid Arginine (Arg, R; AG A ) in the process of translating the SGR1 gene into amino acids. Variable splicing occurs at the third exon of the SGR1 gene, and the AGRTTCA TAA TAAATTGCCACCATATCTATG sequence is inserted into the mRNA, resulting in inactivation of the SGR1 protein by the termination codon (TAA). It can be inferred that hypercoloring represents a brown or green phenotype.
또 다른 하나의 구체적 양태로서, PSY1 유전자의 기능이 상실되고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자 염기서열을 가지는 경우 과채류의 과색이 노란색임을 판정할 수 있다. 또한, PSY1 유전자가 정상 기능을 하고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자 염기서열을 가지는 경우 과채류의 과색이 빨간색임을 판정할 수 있다.As another specific embodiment, when the function of the PSY1 gene is lost and it has the normal type SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1, it may be determined that the fruit is yellow. In addition, when the PSY1 gene has a normal function and has a normal SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1, it may be determined that the fruit color of the vegetable is red.
본 발명에 있어서, 상기 PSY1 유전자의 정상 기능 유무의 확인은 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR), 실시간 중합효소연쇄반응(real-time polymerase chain reaction, real-time PCR, quantitative real time polymerase chain reaction, qPCR), 웨스턴 블롯(western blot), DNA 마이크로어레이(microarray) 등과 같이 당 업계에 공지된 다양한 DNA 분석을 이용하여 확인할 수 있으며, 반드시 이로 한정되는 것은 아니다.In the present invention, confirmation of the normal function of the PSY1 gene is polymerase chain reaction (PCR), real-time polymerase chain reaction (real-time PCR, quantitative real time polymerase chain) reaction, qPCR), western blot, DNA microarray and the like can be identified using a variety of DNA analysis known in the art, but is not necessarily limited thereto.
하나의 구체적 양태로서, 본 발명의 PSY1 유전자의 정상 기능 유무의 확인은 과채류의 과육으로부터 분리한 게놈 DNA를 주형으로 하고, 정상형 PSY1 유전자를 증폭하기 위해 본 발명에 따라 제작된 프라이머 세트(서열번호 2 내지 4로 이루어진 군으로부터 선택된 전방향 프라이머 및 서열번호 5 내지 7로 이루어진 군으로부터 선택된 역방향 프라이머)를 첨가하여 PCR를 수행한 후 아가로오스겔에 전기영동을 실시하여 확인할 수 있다. 하나의 예로, 상기 방법으로 실험을 수행한 후 전기영동 결과에서 밴드가 확인되는 경우 PSY1 유전자가 정상 기능을 한다고 판정하며, 밴드가 확인되지 않는 경우 PSY1 유전자의 기능이 상실된다고 판정할 수 있다. In one specific embodiment, confirmation of the normal function of the PSY1 gene of the present invention is based on genomic DNA isolated from the fruit of the fruit, and a primer set prepared according to the present invention for amplifying the normal PSY1 gene (SEQ ID NO: 2). To the forward primer selected from the group consisting of 4 to 4 and the reverse primer selected from the group consisting of SEQ ID NO: 5 to 7) can be confirmed by performing electrophoresis on the agarose gel after PCR. As one example, after performing the experiment by the above method, if the band is confirmed in the electrophoresis result, it is determined that the PSY1 gene functions normally, and if the band is not confirmed, it may be determined that the function of the PSY1 gene is lost.
본 발명에 있어서, 상기한 SGR1 유전자의 염기서열 변이 여부는 염기서열 분석법(direct sequencing), DNA 마이크로어레이(microarray), TGGE(temperature gradient gel electroresis), SSCP(single strand conformation polymorphism), DHPLC(denaturing high performance liqueid chromatography), HRM(high-resolution melting) 분석 등과 같이 당업계에 공지된 다양한 DNA 분석을 이용하여 탐색할 수 있으며, 바람직하게는 염기서열 분석법(direct sequencing) 및 HRM(high-resolution melting) 분석법, 보다 바람직하게는 HRM(high-resolution melting)을 사용하여 검정할 수 있다. In the present invention, the sequencing of the SGR1 gene is determined by direct sequencing, DNA microarray, temperature gradient gel electroresis (TGG), single strand conformation polymorphism (SSCP), and denaturing high DHPLC. It can be explored using a variety of DNA assays known in the art, such as performance liqueid chromatography (HRM), high-resolution melting (HRM) analysis, and preferably direct sequencing and high-resolution melting (HRM) assays. , More preferably using high-resolution melting (HRM).
다른 하나의 구체적 양태로서, SGR1 유전자 염기서열의 변이 여부는 과채류의 과육으로부터 게놈 DNA(genomic DNA)를 추출하여 주형으로 사용하고, 비표지된 올리고뉴클레오티드 프로브(Luna probe) 및 본 발명에 따라 제작된 프라이머 세트 또는 프로브를 첨가하여 실시간(real-time) 중합효소반응(PCR)을 실시한 다음 멜팅 커브 분석(melting curve analysis)을 실시하여 확인할 수 있다. 하나의 예로, 상기한 방법으로 실험을 수행한 결과, 서열번호 1로 이루어진 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째 염기를 포함하는 프로브의 멜팅 온도는 63℃ 내지 63.5℃, 바람직하게는 63.2℃에서 멜팅 커브(melting curve)가 확인되거나, 서열번호 1로 이루어진 SGR1 유전자 염기서열 중 1,647번째 염기를 포함하는 프로브의 멜팅 온도는 61.5℃ 내지 62.5℃, 바람직하게는 62℃에서 멜팅 커브(melting curve)가 확인되거나, 서열번호 1로 이루어진 SGR1 유전자 염기서열 중 1,679번째 염기를 포함하는 프로브의 멜팅 온도는 59.5℃ 내지 60.5℃, 바람직하게는 60℃에서 확인되는 경우 SGR1 유전자의 염기서열이 변이된 것으로 판정할 수 있다.As another specific embodiment, the mutation of the SGR1 gene sequence is extracted by using genomic DNA (genomic DNA) from the fruit of the fruit vegetables, and used as a template, and the unlabeled oligonucleotide probe (Luna probe) and produced in accordance with the present invention Real-time polymerase reaction (PCR) can be performed by adding primer sets or probes, and then performing melting curve analysis. As one example, as a result of the experiment by the above method, the melting temperature of the probe including the 371 base of the SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 is 63 ℃ to 63.5 ℃, preferably at 63.2 ℃ melting curve ( melting curve) or the melting temperature of the probe including the 1,647th base of the SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 is a melting curve (melting curve) at 61.5 ℃ to 62.5 ℃, preferably 62 ℃, Melting temperature of the probe including the 1,679th base of the SGR1 gene base sequence consisting of SEQ ID NO: 1 can be determined that the base sequence of the SGR1 gene is mutated when it is confirmed at 59.5 ℃ to 60.5 ℃, preferably 60 ℃.
본 발명에 있어서, 상기 과채류는 카로티노이드를 함유하고 있는 열매채소라면 이에 제한되지는 않으나, 예를 들어, 토마토, 파프리카, 고추, 자몽, 수박, 당근 및 참외로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있으며, 바람직하게는 토마토이다.In the present invention, the fruit vegetable is not limited to this if it is a fruit vegetable containing a carotenoid, for example, may be one selected from the group consisting of tomatoes, paprika, pepper, grapefruit, watermelon, carrot and melon, preferably To make is tomato.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과채류의 과색 판정방법은 과채류의 과실이 완전히 성숙하기 전에 간단하고 정확하게 초록색, 갈색, 노란색 또는 빨간색 과색을 갖는 과채류를 선별 및 특정할 수 있으므로, 실제 초록색, 갈색, 노란색 또는 빨간색 과색을 가지는 과채류를 재배함에 있어서 시간 및 노동력을 절감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 증폭산물 DNA의 염기서열을 해독할 필요가 없기 때문에 시간과 비용을 크게 절약할 수 있다.As described above, the fruit color determination method of the fruit vegetable of the present invention can select and specify the fruit vegetable having a green, brown, yellow or red fruit color simply and accurately before the fruit of the fruit vegetable fully matures. Or in the cultivation of fruits and vegetables with red fruit color has the effect of saving time and labor. In addition, since it is not necessary to decode the nucleotide sequence of the amplification product DNA, it can save a great deal of time and money.
한편, 본 발명에 의하여 판정된 초록색 또는 갈색을 갖는 과채류의 SGR1 유전자의 단일염기다형(SNP) 염기서열을 바탕으로, 상기 단일염기다형성 부위를 포함하는 18개 이상의 연속된 뉴클레오티드로 구성된 폴리뉴클레오티드 또는 이의 상보적인 폴리뉴클레오티드를 포함하는 초록색 또는 갈색의 과색을 갖는 과채류 품종 판별용 프라이머 세트 또는 프로브를 설계하여, 초록색 또는 갈색의 과색을 갖는 과채류를 판별하는데 사용될 수 있다.On the other hand, based on the single nucleotide polymorphism (SNP) nucleotide sequence of the green or brown fruit vegetable SGR1 gene determined by the present invention, a polynucleotide consisting of 18 or more consecutive nucleotides comprising the single nucleotide polymorphism site or its Primer sets or probes for discriminating fruit or vegetable varieties having a green or brown fruit color comprising complementary polynucleotides can be designed and used to determine fruit or vegetable fruits of green or brown fruit color.
상기 프라이머 세트 또는 프로브를 사용하여 초록색 또는 갈색의 과색을 갖는 과채류를 판별하는 경우, 실험(예를 들어, PCR 등) 및 결과 확인에 필요한 여러 가지 시약들, 예컨대, PCR 조성물, 제한효소, 아가로스, 혼성화 및 전기영동에 필요한 완충용액 등이 추가로 사용할 수 있다. 상기 PCR 조성물은 역전사 반응에 의해 합성된 상보적 DNA와 본 발명에서 제공되는 프라이머 세트 또는 프로브 이외에 적당량의 DNA 중합효소(예를 들어, Thermus aquatiucs(Taq), Thermus thermophilus(Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis 또는 Phyrococcus furiosis(Pfu)로부터 얻은 열 안정성 DNA 중합효소), dNTP, PCR 완충용액 및 물(dH2O)을 포함할 수 있다. 상기 PCR 완충용액은 이에 제한되지는 않으나 적당량의 트리톤 X-100(Triton X-100), 디메틸설폭사이드(dimethylsufoxide, DMSO), Tween20, nonidet P40, PEG 6000, 포름아마이드 및 소혈청 알부민(BSA) 등이 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 전기영동에 필요한 완충용액은 트리스-HCl(Tris-HCl), MgCl2, KCl 등을 포함할 수 있다. When determining the fruit or vegetable with green or brown fruit color using the primer set or probe, various reagents required for the experiment (for example, PCR) and confirming the result, such as PCR composition, restriction enzyme, agarose , Buffers necessary for hybridization and electrophoresis may be additionally used. The PCR composition may contain an appropriate amount of DNA polymerase (eg, Thermus aquatiucs (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis , Thermis ) in addition to the complementary DNA synthesized by reverse transcription and the primer set or probe provided in the present invention. heat stable DNA polymerase from flavus , Thermococcus literalis or Phyrococcus furiosis (Pfu), dNTP, PCR buffer and water (dH 2 O). The PCR buffer is not limited thereto, but an appropriate amount of Triton X-100, dimethylsulfoxide (DMSO), Tween20, nonidet P40, PEG 6000, formamide and bovine serum albumin (BSA), etc. This may further include. In addition, the buffer solution required for the electrophoresis may include Tris-HCl (Tris-HCl), MgCl 2 , KCl and the like.
본 발명의 판정방법은 과채류의 과실이 완전히 성숙하기 전에 간단하고 정확하게 초록색, 갈색, 노란색 또는 빨간색의 과색을 갖는 과채류를 선별 및 특정할 수 있으므로, 실제 초록색, 갈색, 노란색 또는 빨간색의 과색을 가지는 과채류를 재배함에 있어서 시간 및 노동력을 절감시킬 수 있는 효과가 있다. The judging method of the present invention can select and specify fruit vegetables having a green, brown, yellow or red fruit color simply and accurately before the fruit of the fruit vegetable fully matures, so that fruit vegetables having an actual green, brown, yellow or red fruit color In growing cultivation has the effect of saving time and labor.
Fig. 1은 본 발명의 일실시예에 따른 빨간색(KNR3), 노란색(TCY), 갈색(KNB1 및 BUC38) 및 초록색(KNG2, BUC30)을 갖는 토마토 계통의 과색을 육안으로 관찰한 것이다.Fig. 1 is a visual observation of the hypercoloration of tomato strains having red (KNR3), yellow (TCY), brown (KNB1 and BUC38) and green (KNG2, BUC30) according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2는 본 발명의 일실시예에 따라 Sol genomics network(http://solgenomics.net)에 공시된 PSY1 유전자 정보를 기반으로 합성한 프라이머의 위치를 모식화한 그림이다. Fig. 2 is a diagram illustrating a position of a primer synthesized based on PSY1 gene information published in Sol genomics network (http://solgenomics.net) according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3은 각기 다른 색을 가지는 토마토 계통의 과육으로부터 분리한 게놈 DNA를 주형으로 하고, PSY1 유전자 정보를 기반으로 설계한 프라이머를 이용하여 중합효소연쇄반응을 실시한 후, 아가로오스 겔에 전기영동한 결과이다.Fig. Figure 3 shows the results of electrophoresis on agarose gel after polymerase chain reaction using primers designed based on genomic DNA isolated from tomato flesh of different colors, based on PSY1 gene information. to be.
Fig. 4a 및 도 4b는 각기 다른 색을 가지는 토마토 계통의 과육으로부터 분리한 SGR1 유전자의 일부 염기서열을 정렬하여 비교한 그림이다.Fig. Figures 4a and 4b is a comparison of the nucleotide sequence of the SGR1 gene separated from the flesh of tomato strains having different colors.
Fig. 5는 각기 다른 색을 가지는 토마토 계통의 과육으로부터 분리한 SGR1 유전자의 단일염기다형성(SNP) 위치를 모식화한 그림이다.Fig. Fig. 5 is a schematic representation of the position of SNPs of the single nucleotide polymorphism (SNP) of SGR1 gene isolated from the flesh of tomato strains of different colors.
Fig. 6은 각기 다른 색을 가지는 토마토 계통의 과육으로부터 분리한 SGR1 유전자를 HRM 분석을 통해 단일염기다형성(SNP)을 탐색한 결과이다.Fig. Figure 6 shows the result of searching for single nucleotide polymorphism (SNP) through HRM analysis of the SGR1 gene isolated from the flesh of tomato with different colors.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention to those skilled in the art. Will be self-evident.
실시예 1 : 실험에 사용되는 토마토 재료 준비Example 1 Preparation of Tomato Ingredients for Experiments
토마토 KNR3(Red), TCY(Yellow), KNB1(Brown), BUC38(Brown), BUC30(Green), 및 KNG2(Green) 계통을 가나종묘(Kanaseed. Co. Ltd., Korea)와 부농종묘 (Bunong. Co. Ltd., Korea)에서 제공받아 실험을 실시하였다. 그 다음 여과지(No. 1, Whatman, Germany)가 포함된 페트리 디쉬(petri dish) 안에 상기 계통의 종자를 넣고 여과지를 덮은 후 여과지가 완전히 젖을 정도로 증류수를 부어 주었다. 그 다음 30℃가 유지되는 암실에서 종자를 발아시켰다. 그 후 상기 종자를 모종흙이 담긴 플라스틱 화분(지름 7.5cm)에 옮겨 심은 후 4장의 본엽(true leaf)이 나올 때까지 재배하였다. 이때 상기 재배는 낮에는 25℃, 밤에는 18℃의 온도를 유지하며, 70%의 습도 및 자연광이 투과되는 순천대학교 그린하우스에서 실시하였다.Tomato KNR3 (Red), TCY (Yellow), KNB1 (Brown), BUC38 (Brown), BUC30 (Green), and KNG2 (Green) strains were divided into Kanaseed. Co. Ltd., Korea and Bunong Seedling Co. Ltd., Korea) and conducted the experiment. The seed of the strain was then placed in a petri dish containing filter paper (No. 1, Whatman, Germany), and the distilled water was poured so that the filter paper was completely wet. Seeds were then germinated in the dark at 30 ° C. Thereafter, the seeds were transferred to a plastic pot (7.5 cm in diameter) containing seedling soil, and then planted until four true leaves emerged. At this time, the cultivation was carried out at Suncheon University Green House, which maintains a temperature of 25 ℃ during the day, 18 ℃ at night, 70% humidity and natural light transmission.
실시예 2 : 각 계통의 Example 2 of each strain PSY1 PSY1 유전자 발현 유무 확인Confirmation of Gene Expression
상기 실시예 1에서 준비한 각 계통으로부터 토마토 식물체의 잎으로부터 게놈 DNA를 추출한 후 pfuTurbo DNA 중합효소(Stratagene, Agilent technologies) 및 프라이머를 사용하여 중합효소연쇄반응(PCR)을 실시하여 PSY1 유전자를 증폭하였다. 이때 상기 프라이머는 Sol genomics network(http://solgenomics.net)에 공시된 PSY1 유전자 정보를 기반으로 합성하였으며, 그 프라이머 합성 위치 및 염기서열은 Fig. 2 및 Table 1에 나타내었다. 상기 중합효소연쇄반응은 95℃에서 5분 동안 변성시킨 다음 95℃에서 30초 동안 변성(denaturation), 60℃에서 30초 동안 증폭(annealing), 72℃에서 2분 동안 연장(extension)을 40 사이클을 실시한 후, 후기 연장(post-extension)을 72℃에서 7분 동안 실시하였다. 그 다음 상기 증폭된 DNA 및 100 bp DNA ladder(M, 3407A, Takara, Japan)는 1.2% 아가로오스 겔(agrose gel)에 전기영동한 후 확인하였다. 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다.Genomic DNA was extracted from the leaves of tomato plants from the lines prepared in Example 1, followed by polymerase chain reaction (PCR) using pfuTurbo DNA polymerase (Stratagene, Agilent technologies) and primers to amplify the PSY1 gene. The primers were synthesized based on PSY1 gene information published in Sol genomics network (http://solgenomics.net). 2 and Table 1 are shown. The polymerase chain reaction was denatured at 95 ° C. for 5 minutes, then denatured at 95 ° C. for 30 seconds, amplified at 60 ° C. for 30 seconds, and extended for 2 minutes at 72 ° C. for 40 cycles. After the post-extension, the post-extension was conducted at 72 ° C. for 7 minutes. Then, the amplified DNA and 100 bp DNA ladder (M, 3407A, Takara, Japan) were confirmed after electrophoresis on 1.2% agarose gel (agrose gel). The results are shown in Fig. 3 is shown.
표 1
프라이머 명칭 프라이머 염기서열(5'→3')
Psy1F4 AACAAATTGCATTCTCCATTCTTGGA(서열번호 2)
Psy1CDSF ATGTCTGTTGCCTTGTTATGGGTTGTTTC(서열번호 3)
Psy1F7 GTGGTGAAGTATGTGCAGAGTATGCA(서열번호 4)
Psy1R5 TGCATACTCTGCACATACTTCACCAC(서열번호 5)
Psy1F6 TGACAGAATTGAGCTCAGCTAGTAGAT(서열번호 6)
Psy1RTR1 ACCGTACCAGCAACATAATAACAATA(서열번호 7)
Table 1
Primer Name Primer base sequence (5 '→ 3')
Psy1F4 AACAAATTGCATTCTCCATTCTTGGA (SEQ ID NO: 2)
Psy1CDSF ATGTCTGTTGCCTTGTTATGGGTTGTTTC (SEQ ID NO: 3)
Psy1F7 GTGGTGAAGTATGTGCAGAGTATGCA (SEQ ID NO: 4)
Psy1R5 TGCATACTCTGCACATACTTCACCAC (SEQ ID NO: 5)
Psy1F6 TGACAGAATTGAGCTCAGCTAGTAGAT (SEQ ID NO: 6)
Psy1RTR1 ACCGTACCAGCAACATAATAACAATA (SEQ ID NO: 7)
실험결과, Psy1F4 및 Psy1R6 프라이머 세트와 Psy1F7 및 Psy1RTR1 프라이머 세트를 이용하여 증폭시킨 산물은 모든 계통에서 밴드가 확인되었으나, Psy1F4 및 Psy1R5 프라이머 세트 또는 Psy1CDSF 및 Psy1RTR1 프라이머 세트를 이용하여 증폭시킨 산물은 KNR3(Red), KNB1(Brown) 및 BUC38(Brown) 계통에서만 밴드가 확인되었다.As a result, the product amplified using the Psy1F4 and Psy1R6 primer sets and the Psy1F7 and Psy1RTR1 primer sets showed bands in all lines, but the products amplified using the Psy1F4 and Psy1R5 primer sets or the Psy1CDSF and Psy1RTR1 primer sets were identified as KNR3 (Red). ), Bands were identified only in the KNB1 (Brown) and BUC38 (Brown) lines.
이는 PSY1 유전자의 첫 번째 엑손(exon)에 특정 염기서열이 삽입되어 PSY1 유전자의 기능이 상실된 것으로 사료되며, 상기 결과로부터 PSY1 유전자가 발현되지 않는 토마토는 피토엔(phytoene)의 합성이 억제되어 카로티노이드(carotenoid)의 합성이 이루어지지 않는 결과를 초래하여 PSY1 유전자의 기능만 상실된 경우 노란 과색, SGR1 유전자의 기능이 동시에 상실된 경우 초록 과색을 나타내는 것으로 유추된다.It is thought that the specific sequence is inserted into the first exon of the PSY1 gene, and the function of the PSY1 gene is lost. Tomatoes that do not express the PSY1 gene are inhibited from phytoene synthesis, thereby inhibiting carotenoids. It is inferred that yellow coloration occurs when only the function of the PSY1 gene is lost, and green coloration is observed when the function of the SGR1 gene is lost at the same time.
실시예 3 : 각 계통의 Example 3 of each line SGR1SGR1 유전자 클로닝 Gene cloning
상기 실시예 1에서 준비한 각 계통으로부터 토마토 식물체의 잎으로부터 게놈 DNA를 추출한 후 pfuTurbo DNA 중합효소(Stratagene, Agilent technologies) 및 프라이머를 사용하여 중합효소연쇄반응(PCR)을 실시하였다. 이때 상기 프라이머는 Sol genomics network(http://solgenomics.net)에 공시된 SGR1 유전자 정보를 기반으로 합성하였으며, 그 염기서열은 하기 표 2에 나타내었다. 상기 중합효소연쇄반응은 95℃에서 5분 동안 변성시킨 다음 95℃에서 30초 동안 변성(denaturation), 60℃에서 30초 동안 증폭(annealing), 72℃에서 2분 동안 연장(extension)을 30 사이클을 실시한 후, 후기 연장(post-extension)을 72℃에서 7분 동안 실시하였다. 그 다음 상기 증폭된 SGR1 유전자는 양 끝이 반듯이 절단되어 있는 블런트(blunt) 벡터(TOPcloner™ Blunt kit, EZ002S, Enzynomics, Korea)에 클로닝 하여 준비하였다. Genomic DNA was extracted from the leaves of tomato plants from the lines prepared in Example 1, and then polymerase chain reaction (PCR) was performed using pfuTurbo DNA polymerase (Stratagene, Agilent technologies) and primers. At this time, the primers were synthesized based on SGR1 gene information published in Sol genomics network (http://solgenomics.net), and the base sequences thereof are shown in Table 2 below. The polymerase chain reaction was denatured at 95 ° C. for 5 minutes, followed by denaturation at 95 ° C. for 30 seconds, amplification at 60 ° C. for 30 seconds, and extension at 72 ° C. for 2 minutes for 30 cycles. After the post-extension, the post-extension was conducted at 72 ° C. for 7 minutes. Then, the amplified SGR1 gene was prepared by cloning in a blunt vector (TOPcloner ™ Blunt kit, EZ002S, Enzynomics, Korea) cut at both ends.
표 2
유전자 Forward 프라이머(5'→3') Reverse 프라이머(5'→3')
SGR1 ATGGGAACTTTGACTACTTCTCTAG(서열번호 8) TCAACTTTGCTGCTCTTGCAAGCCT(서열번호 9)
TABLE 2
gene Forward primer (5 '→ 3') Reverse primer (5 '→ 3')
SGR1 ATGGGAACTTTGACTACTTCTCTAG (SEQ ID NO: 8) TCAACTTTGCTGCTCTTGCAAGCCT (SEQ ID NO: 9)
실시예 4 : 각 계통의 Example 4 of each strain SGR1 SGR1 유전자 염기서열 및 Gene sequence and SGR1SGR1 유전자를 암호화하는 아미노산 서열 분석 Amino Acid Sequence Analysis Encoding Genes
상기 실시예 3에서 제조한 각 계통별 SGR1 유전자가 포함된 벡터를 막투과성이 증가된 대장균, 즉 형질전환세포에 형질전환시킨 후 플라스미드 DNA 정제 키트(plasmid mini kit, 12125, Qiagen, Germany)를 이용하여 SGR1 유전자가 포함된 벡터를 추출하였다. 그 다음 상기 추출한 SGR1 유전자가 포함된 벡터는 마크로젠(macrogen crop., Korea)에 의뢰하여 벡터에 있는 M13 프라이머를 사용하여 염기서열 분석을 의뢰하였다. 그 결과를 Fig. 4a, Fig. 4b 및 Fig. 5에 나타내었다. The vector containing the SGR1 gene for each strain prepared in Example 3 was transformed into Escherichia coli, ie, transformed cells, which had increased membrane permeability, and then using a plasmid DNA purification kit (plasmid mini kit, 12125, Qiagen, Germany). The vector containing the SGR1 gene was extracted. Then, the vector containing the extracted SGR1 gene was commissioned by macrogen (macrogen crop., Korea) using the M13 primer in the vector for sequencing. The results are shown in Fig. 4a, Fig. 4b and Fig. 5 is shown.
실험결과, 각 계통별 SGR1 유전자는 2,204bp 크기의 염기서열을 나타내었으며, TCY(Yellow) 계통의 경우 토마토 표준 유전체, 즉 빨간색 과색을 나타내는 토마토 유전체(정상형)의 SGR1 유전자 염기서열과 일치하는 것을 확인하였다. 상기 정상형 SGR1 유전자 염기서열은 서열번호 1에 나타내었다.As a result of the experiment, the SGR1 gene for each strain showed a 2,204 bp sequence, and in the case of TCY (Yellow) strain, it was confirmed that the SGR1 gene matched the SGR1 gene sequence of the tomato standard genome, ie, the tomato genome (normal type), which shows red and orange colors. It was. The normal SGR1 gene nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1.
반면, 정상형 SGR1 유전자 서열(서열번호 1)과 비교하여 KNB1(Brown) 및 BUC38(Brown) 계통의 경우 371번째에 위치한 염기 사이토신(C)이 티민(T)으로 치환되었고, KNG2(Green) 계통의 경우 1,647번째에 위치한 염기 아데닌(A)이 티민(T)으로 치환되었으며, BUC30(Green) 계통의 경우 1,679번째에 위치한 염기 티민(T)이 사이토신(C)으로 치환된 것을 확인하였다.On the other hand, in the KNB1 (Brown) and BUC38 (Brown) strains, the base cytosine (C) located at 371th was replaced with thymine (T) compared to the normal SGR1 gene sequence (SEQ ID NO: 1), and the KNG2 (Green) strain. In the case of the 1,647 base adenine (A) was substituted with thymine (T), in the case of BUC30 (Green) line 1,679 base thymine (T) was confirmed that the substitution with cytosine (C).
상기한 결과로부터 SGR1 유전자의 염기서열 중 371번째, 1,647번째 또는 1,679번째 염기의 치환으로 SGR1 유전자의 기능이 상실된 것으로 사료되며, 이로부터 SGR1 유전자의 염기서열에 변이를 가지는 토마토는 엽록소(chlorophyll)의 분해가 억제되어 초록 과색 또는 갈색 과색을 나타내는 것으로 판단되었다.Is considered the SGR1 gene substitution of the nucleotide sequence 371 th, 1,647 th or 1679th base in the SGR1 genes from the result of the lost this function, the tomatoes having a mutation in the nucleotide sequence of SGR1 gene therefrom of chlorophyll (chlorophyll) Degradation was suppressed and was judged to show green or brown hypercolor.
따라서, 상기 실시예 2 내지 4의 결과를 바탕으로, PSY1 유전자의 첫 번째 엑손(exon)에 염기의 삽입으로 인해 PSY1 유전자의 기능이 상실되고, 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째 염기가 사이토신(C)에서 티민(T)으로 치환되거나, 1,647번째 염기인 아데닌(A)이 티민(T)으로 치환되거나, 1,679번째 염기인 티민(T)이 사이토신(C)으로 치환되는 경우 초록색 과색을 나타내며, PSY1 유전자의 기능이 정상이고, 정상형 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째 염기가 사이토신(C)에서 티민(T)으로 치환되거나, 1,647번째 염기인 아데닌(A)이 티민(T)으로 치환되거나, 1,679번째 염기인 티민(T)이 사이토신(C)으로 치환되는 경우 갈색 과색을 나타내는 것으로 판단되었다. 또한, PSY1 유전자의 첫 번째 엑손(exon)에 염기의 삽입으로 인해 PSY1 유전자의 기능이 상실되고, 정상형 SGR1 유전자 서열을 가지는 경우 노란색 과색을 나타내며, PSY1 유전자 기능이 정상이고, 정상형 SGR1 유전자 염기서열을 가지는 경우 빨간색 과색을 나타내는 것으로 판단되었다.Therefore, based on the results of the Examples 2 to 4, PSY1 first due to the exon (exon) in the insertion of the base of PSY1 genetic function is lost, new wild type SGR1 gene sequence 371st bases of the cytokine gene ( Substituted with thymine (T) in C), adenine (A) with 1,647th base is substituted with thymine (T), or with thymine (T) with 1,679 base and cytosine (C). , The function of the PSY1 gene is normal, and the 371th base of the normal SGR1 gene sequence is replaced by thymine (T) in cytosine (C), or the adenine (A), which is the 1,647th base, by thymine (T), When thymine (T), which is the 1,679th base, was substituted with cytosine (C), it was judged to exhibit brown hypercolor. In addition, the first exon (exon) of PSY1 gene due to the insertion of the base of PSY1 gene function is lost and has the wild type SGR1 gene sequence indicates the yellow gwasaek, and PSY1 gene function is normal, wild type SGR1 the gene sequences Eggplant was judged to show red overcoloring.
실시예 5 : 각 계통의 Example 5 of each strain SGR1SGR1 유전자의 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism, SNP) 탐색을 위한 HRM(high-resolution melting) 분석 High-resolution melting (HRM) analysis to detect single nucleotide polymorphism (SNP) of genes
HMR 분석을 위한 반응액의 총 부피는 20㎕로 하였으며, 상기 실시예 1에서 준비한 각각의 토마토 계통의 잎으로부터 분리한 게놈 DNA를 주형으로 하고, 상기 SGR1 유전자의 단일염기다형성 부위가 증폭되도록 설계한 프라이머 세트와 3'말단이 비표지된 올리고뉴클레오티드 프로브(oligonucleotide probe, luna probe) 및 2x 반응용액(LightScanner Master mix)을 넣고 최종 부피가 20㎕가 되도록 증류수를 첨가한 다음 95℃에서 5분 동안 변성시킨 다음 95℃에서 20초 동안 변성(denaturation), 60℃에서 20초 동안 프라이머 결합(annealing), 72℃에서 20초 동안 연장(extension)을 50 사이클을 실시한 후, 후기 연장(post-extension)을 72℃에서 40초 동안 실시하였다. 그 다음 상기 증폭된 시료를 LightScanner(LightScanner® Instrument System, Idaho Technology, USA)의 프로그램화 된 온도 40℃에서 80℃까지 초당 0.2℃ 간격으로 형광량을 측정하여 녹는 곡선(melting curve)을 분석하였다. 이때 상기 올리고뉴클레오티드 프로브는 SGR1 유전자의 단일염기 다형성 부위의 특이적 염기서열을 바탕으로 설계한 것이며, 그 서열은 Table 3에 나타내었다. 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다.The total volume of the reaction solution for HMR analysis was 20 μl. The genomic DNA isolated from the leaves of each tomato lineage prepared in Example 1 was used as a template, and the single nucleotide polymorphism site of the SGR1 gene was designed to be amplified. Put the primer set, 3 'end unlabeled oligonucleotide probe (luna probe) and 2x reaction solution (LightScanner Master mix), add distilled water to a final volume of 20 µL, and denature at 95 ° C for 5 minutes. 50 cycles of denaturation at 95 ° C. for 20 seconds, annealing at 60 ° C. for 20 seconds, extension at 72 ° C. for 20 seconds, and post-extension. 40 seconds at 72 ° C. That was then analyzed programmatic melting curve (melting curve) by measuring the fluorescence amount at the interval 0.2 ℃ per second to a temperature 40 ℃ 80 ℃ of LightScanner (LightScanner ® Instrument System, Idaho Technology, USA) the amplified sample. At this time, the oligonucleotide probe is designed based on the specific nucleotide sequence of the single nucleotide polymorphism site of the SGR1 gene, the sequence is shown in Table 3. The results are shown in Fig. 6 is shown.
표 3
계통 Forward 프라이머(5'→3') Reverse 프라이머(5'→3')
KNB1 및 BUC38 프라이머 세트 AGCATCCAGGAAAGTTGCCAAGAACA(서열번호 10; SGR1F1) AGAGAGTTTCTGATAGACCTCGACTAT(서열번호 11; SGR1R1)
프로브 GGCTATCTCCTAAACCATCA(서열번호 12; SGR1prob1P1) -
KNG2 프라이머 세트 AGAGATGAAGTTGTTGCAGAGTGGAAGA(서열번호 13; SGR1F3) TGGGAAGTTCGAACGACATACATACAT(서열번호 14; SGR1R3)
프로브 CTAGACTCAGTAACTACATCT(서열번호 15; SGR1prob3P1) -
BUC30 프라이머 세트 TCCATTGCCACATTAGTGGAGGCCAT(서열번호 16; SGR1F4) CCTATGGTTGTGTGTTTGATCCTCCA(서열번호 17; SGR1R4)
프로브 ACTCCCTGTGGTAAGTTCATAA(서열번호 18; SGR1prob4P1)
TABLE 3
system Forward primer (5 '→ 3') Reverse primer (5 '→ 3')
KNB1 and BUC38 Primer set AGCATCCAGGAAAGTTGCCAAGAACA (SEQ ID NO: 10; SGR1F1) AGAGAGTTTCTGATAGACCTCGACTAT (SEQ ID NO: 11; SGR1R1)
Probe GGCTATCTCCTAAACCATCA (SEQ ID NO: 12; SGR1prob1P1) -
KNG2 Primer set AGAGATGAAGTTGTTGCAGAGTGGAAGA (SEQ ID NO: 13; SGR1F3) TGGGAAGTTCGAACGACATACATACAT (SEQ ID NO: 14; SGR1R3)
Probe CTAGACTCAGTAACTACATCT (SEQ ID NO: 15; SGR1prob3P1) -
BUC30 Primer set TCCATTGCCACATTAGTGGAGGCCAT (SEQ ID NO: 16; SGR1F4) CCTATGGTTGTGTGTTTGATCCTCCA (SEQ ID NO: 17; SGR1R4)
Probe ACTCCCTGTGGTAAGTTCATAA (SEQ ID NO: 18; SGR1prob4P1)
실험결과, 갈색 과색을 나타내는 계통 KNB1 및 BUC38의 SGR1 유전자 서열 중 371번째 염기를 포함하는 프로브는 63.2℃에서 멜팅 커브(melting curve)가 확인되었고, 초록 과색을 나타내는 계통 KNG2의 SGR1 유전자 서열 중 1,647번째 염기를 포함하는 프로브는 62℃에서 멜팅 커브(melting curve)가 확인되었으며, 초록 과색을 나타내는 계통 BUC30의 SGR1 유전자 서열 중 1,679번째 염기를 포함하는 프로브는 60℃에서 멜팅 커브(melting curve)가 확인되었다. Experimental results brown grid probe including the 371 th base of the SGR1 gene sequence of KNB1 and BUC38 representing gwasaek was the melting curve (melting curve) found at 63.2 ℃, 1,647 of SGR1 gene of strains KNG2 representing green gwasaek sequence th Melting curve of the probe containing the base was confirmed at 62 ° C, and the melting curve of the probe containing the 1,679th base of the SGR1 gene sequence of the strain BUC30 of the green fruit color was confirmed at 60 ° C. .

Claims (4)

  1. PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 정상 기능 유무를 확인하고, SGR1(stay green 1) 유전자 염기서열의 변이 여부를 확인하여 과채류의 과색을 판정하는 방법으로, 상기 과채류의 과색은 a) PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 기능이 상실되고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열 중 371번째, 1,647번째 및 1,679번째 염기서열 중 하나 이상의 염기가 변이되는 경우는 초록색임을 판정하고, b) PSY1 유전자가 정상 기능을 하고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열 중 371번째, 1,647번째 또는 1,679번째 염기서열 중 하나 이상의 염기가 변이되는 경우 갈색임을 판정하고, c) PSY1(phytoene synthase 1) 유전자의 기능이 상실되고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열을 가지는 경우 노란색임을 판정하고, 또는 d) PSY1 유전자가 정상 기능을 하고, 서열번호 1로 이루어진 정상형 SGR1 유전자의 염기서열을 가지는 경우 빨간색임을 판정하는 것을 특징으로 하는 과채류의 과색 판정방법. PSY1 (phytoene synthase 1) gene is confirmed whether the normal function, and the SGR1 (stay green 1) gene sequencing to determine whether the color of the fruit vegetable, the color of the vegetable is a) PSY1 (phytoene synthase 1) When the gene is lost and one or more bases of the 371, 1,647 and 1,679 base sequences of the normal SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 are mutated, it is determined to be green, and b) the PSY1 gene is It functions as normal and judges that it is brown when one or more bases of the 371th , 1,647, or 1,679th nucleotide sequences of the normal SGR1 gene consisting of SEQ ID NO: 1 are mutated, and c) of the PSY1 (phytoene synthase 1) gene. If functionality is lost, having the base sequence of the wild type gene SGR1 consisting of SEQ ID NO: 1, it is determined that the yellow, or d) the normal function of the gene PSY1 And SEQ ID NO: when having the base sequence of the wild type gene SGR1 consisting of a first method gwasaek determination of fruits and vegetables, characterized in that determining that the red.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PSY1 유전자의 정상 기능 유무는 과채류로부터 분리한 게놈 DNA를 주형으로 하고, 서열번호 3 내지 5로 이루어진 군으로부터 선택된 정방향 프라이머 및 서열번호 6 내지 8로 이루어진 군으로부터 선택된 역방향 프라이머 세트를 이용하여 중합효소연쇄반응(PCR)을 실시하여 밴드의 유무에 따라 확인하는 것을 특징으로 하는 과채류의 과색 판정방법.The method according to claim 1, wherein the normal function of the PSY1 gene is a genomic DNA isolated from fruit vegetables as a template, and a forward primer selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 6 to 8 and a forward primer selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 3 to 5 A method of judging overcoloring of fruits and vegetables, characterized in that the polymerase chain reaction (PCR) is carried out using a set to confirm the presence or absence of a band.
  3. 제1항에 있어서, 상기 SGR1 유전자의 변이는 과채류의 과육으로부터 추출한 SGR1 유전자 DNA에 SGR1 유전자의 단일염기다형(SNP)을 증폭하는 프라이머 세트 및 3'말단이 비표지된 올리고뉴클레오티드 프로브(Luna probe)를 첨가하고 실시간(real-time) 중합효소반응(PCR)을 실시한 다음 멜팅 커브(melting curve)를 분석을 통해 확인하며, 상기 멜팅 커브(melting curve)가 서열번호 1로 이루어진 SGR1 유전자 염기서열 중 371번째 염기를 포함하는 프로브의 멜팅 온도가 63℃ 내지 63.5℃에서 확인되거나, 상기 멜팅 커브(melting curve)가 서열번호 1로 이루어진 SGR1 유전자 염기서열 중 1,647번째 염기를 포함하는 프로브의 멜팅 온도가 61.5℃ 내지 62.5℃에서 확인되거나, 서열번호 1로 이루어진 SGR1 유전자 염기서열 중 1,679번째 염기를 포함하는 프로브의 멜팅 온도가 59.5℃ 내지 60.5℃에서 확인되는 경우 SGR1 유전자의 염기서열이 변이된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 과채류의 과색 판정방법.The method of claim 1, wherein the variation of the SGR1 gene oligonucleotides to SGR1 gene DNA extracted from the pulp of fruits and vegetables the primer set and the 3 'end to amplify the single nucleotide polymorphism (SNP) of SGR1 gene unlabeled oligonucleotide probe (Luna probe) And adding a real-time polymerase reaction (PCR), and then confirming a melting curve through analysis, wherein the melting curve of the SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 371 Melting temperature of the probe including the first base is confirmed at 63 ℃ to 63.5 ℃, or the melting temperature of the probe containing the 1,647 base of the SGR1 gene base sequence of the melting curve (melting curve) consisting of SEQ ID NO: 61.5 ℃ Melting temperature of the probe which is confirmed at 6 to 62.5 ℃, or comprises the 1,679 base of the SGR1 gene sequence consisting of SEQ ID NO: 1 at 59.5 ℃ to 60.5 ℃ When it is confirmed that the nucleotide sequence of the SGR1 gene is judged that the mutated fruit vegetables, characterized in that the mutation.
  4. 제1항에 있어서, 상기 과채류는 토마토, 파프리카, 고추, 자몽, 수박, 당근 및 참외로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 과채류의 과색 판정방법.The method of claim 1, wherein the fruit and vegetable is one selected from the group consisting of tomato, paprika, pepper, grapefruit, watermelon, carrot, and melon.
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