벼의 MGRIL 집단을 이용한 CAPS 마커 개발 및 수수 관련 형질 QTL 분석 :Development of New CAPS Markers Using MGRIL and QTL Analysis of Panicle Number in Rice

이예지

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이예지 (상명대학교, 상명대학교 대학원)

지도교수: 형남인

발행연도: 2016

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2016

벼의 MGRIL 집단을 이용한 CAPS 마커 개발 및 수수 관련 형질 QTL 분석

이예지 식물식품공학과식물식품공학전공 2016.01 학위논문

NGS 기반 밀양23호/기호벼 재조합자식 유전집단(MGRIL)을 이용한 CAPS 마커 개발 및 줄기 굵기 형질 관련 QTL 분석

이예지 , 변은주 , 지현소 외 3명 한국육종학회지 2016.01 학술저널

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차세대 염기서열 분석방법을 통해 벼 밀양23호와 기호벼의 유전체 서열을 분석하여 변이를 탐색하였다. 대량으로 생산된 SNP를 기반으로 Lee et al.(2014)이 선발한 후보 CAPS 마커 중에서 4개의 제한효소(EcoRI, HindⅢ, PstI, XhoI) 자리에 위치한 특이적인 SNP를 후보 CAPS 마커로 개발하였다. 후보 CAPS 마커 7,843개중 선발된 90개를 대상으로 실시한 실험을 통하여 72개가 안정적인 CAPS 마커로 개발되었다. 이들 CAPS 마커를 PCR 기반 마커들로 구성된 Lee et al.(2014) 연구의 유전지도와 통합하여 보다 정밀해진 분자유전지도를 작성하였다. 총 유전거리는 1,650cM이었으며, 마커 간의 평균 거리는 3.8cM이었다. 신규로 개발된 72개의 CAPS 마커를 추가하여 분자유전지도를 작성함으로써, 마커 간의 평균 거리가 이전에 비해 줄어든 것을 확인하였다. 이 유전지도를 기반으로 MGRIL 집단의 수수, 간장, 수장, 줄기 굵기에 관한 총 7가지의 양적 형질을 탐색하기 위해 표현형 조사를 실시하였으며, 각 형질 간의 상관관계를 분석하였다. MGRIL 집단을 이용한 수수 관련 형질의 연구가 보고된 바 없어 본 연구는 이전 보고된 6가지 형질에 수수를 추가하여 분석을 수행하였다. 7가지의 형질에 대한 상관관계를 분석한 결과, 간장, 수장과 4개의 줄기 굵기에 대해 유의성이 있는 상관관계를 확인할 수 있었지만, 수수에서는 나머지 6가지의 형질에 대해 낮은 상관관계를 가지고 있었다. 또한, 7가지 형질에 대해 QTL을 탐색 결과, Lee et al.(2014) 연구에 보고된 QTL과 유사하게 나타났으며, 새로 추가한 수수 관련 형질에서는 qPN1과 qPN3로 명명된 2개의 QTL이 탐색되었다. 두 QTL의 평균 LOD값은 3.65였으며, 이 중 LOD값이 3.85로 가장 높은 qPN1은 8.75%의 표현형 변이가 나타났고, 탐색된 두 개의 QTL은 벼 밀양23호의 수수를 감소시키는 공통적 특성을 가지고 있었다. 각 형질 별로 LOD 값이 가장 높은 QTL을 주동 유전자(major QTL)로 추측하여 유전지도에 표시하였다. 총 7개의 주요 QTL은 1번 염색체에 4개, 3번 염색체에 1개, 6번 염색체에 2개로 나타났으며, 나머지 염색체에서는 발견하지 못하였다.
본 연구를 통하여 72개의 CAPS 마커를 개발하여 보다 정밀한 분자유전지도를 작성하였으며, 이를 기반으로 벼의 수수, 간장, 수장, 줄기 굵기에 대한 7가지 형질의 QTL 분석을 수행하였다. MGRIL 집단을 이용하여 현재까지 보고된 바 없는 수수 관련 형질에 대한 QTL 분석을 통해 2개의 QTL을 새로 탐색하였다. 신뢰성이 있는 수수 관련 형질의 QTL 정보를 얻기 위해서는, 보다 많은 마커를 개발하여 분자유전지도를 작성하고 QTL 분석을 수행해야 할 것이며, 이러한 QTL 정보는 실질적인 육종을 수행하는 데 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

Rice, one of the three major staple crops along with corn and wheat, is widely used as a key model plant for genomic studies, given that it has a relatively small genome of approximately 400 mega base. As the field of molecular biology progresses, the breeders'' interest in Quantitative Traits Loci (QTL) with agronomically valuable traits, such as yields, is growing. Recently, the advent of Next Generation Sequencing (NGS) technology enabled mass production of data such as, SNP and InDel, within a short period of time using ''Nipponbare'' as a rice reference genome. The process of obtaining molecular markers has become more convenient, and the molecular markers became available to construct high resolution genetic maps, which can contribute to uncover other useful agricultural traits. In this study, the specific SNPs located at the genic regions between Milyang 23 and Gihobyeo, and used the obtained SNPs as CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequences) markers to genotype Milyang 23/Gihobyeo cross (MGRIL) population were analyzed. A molecular genetic map was constructed based on MGRIL population through integrating previously reported 365 PCR-based DNA markers with the newly developed 72 CAPS markers. It was found that total genetic distance and average distance were 1,650cM and 3.8cM, respectively. In comparison to the distance of the previous genetic map constructed based on 365 DNA markers, the new genetic map was found to have a decreased distance. Phenotype analysis on total of seven QTLs relevant to number of panicles, diameter of stem internodes, length of culms, and the length of panicles were conducted, and then correlation analysis between each trait was conducted. The result on QTLs was similar to the report in the previous study, whereas the distance between markers narrowed and increased in accuracy with the addition of 72 CAPS markers. Total of 2 QTLs were detected in PN (panicle number) trait. The average LOD (likelihood of odds) was 3.65. Between the two QTLs, qPN1 had the higher LOD value of 3.85 with phenotype variation of 8.75%. In addition, both of the detected QTLs showed a propensity to decrease allele of Milyang23. In this experiment, only few of the detected SNPs from re-sequencing analysis of Milyang 23 and Gihobyeo were utilized. In the future, sufficient utilization of SNP information from this study may enable mass production of markers and construction of a more accurate high-resolution genetic map. With such maps, developing more accurate QTL information of panicle number in rice which has various agriculturally important traits will be possible to further breeding.

#벼 #MGRIL #CAPS

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