한국콩연구회

분자표지를 이용한 갈색줄기썩음병 콩 저항성 유전자 마커 개발 및 연관분석

Development of molecular markers and association analysis for brown stem rot resistance in soybean

사업명 : 여성과학자지원사업

주관연구기관 : 서울대학교 산학협력단

연구책임자 : 반규정

발행년월 : 2013-07

주관부처 : 교육과학기술부

원문

http://www.ndsl.kr/ndsl/commons/util/ndslOriginalView.do?dbt=TRKO&cn=TRKO201300035108&rn=&url=&pageCode=PG18

초록

갈색줄기썩음병 (Brown Stem Rot, BSR)은 북미대륙에 심각한 콩 수량의 감소에 기여하고 있으나, 우리나라에서는 이에 대한 연구가 전무한 상태이다. BSR의 확실한 방제를 위하여, 병저항성 유전자 즉 R-gene을 동정하는 것을 시작으로 SoyBase (http://soybase.org)에서 정보를 확보하여, 전체 콩 20개의 염색체에서 병저항성 유전자 및 관련된 QTLs을 전반적으로 조사하였다. 또한, 대부분의 많은 R-gene의 단백질들은 leucine rich repeat (LRR) domain을 포함함으로 전체 콩 20개의 염색체에서 조사하였다. 콩전체 게놈에서 NBS-LRR로 추정되는 유전자는 총 314개 유전자였으며, 조사된 정보를 콩 염색체별로 나열하여 병저항성 QTL과 LRR domain이 매우 근접해 있는 cluster들을 확보한 뒤 BSR 저항성 QTLs과 LRR domain와의 상관관계가 높은 cluster 조사하였다. 콩 전체 20개의 염색체에 위치하는 NBS-LRR 유전자 개수와 각각의 염색체 상의 병 저항성 QTL의 개수와는 매우 높은 상관관계를 보였다. 또한, 콩 게놈중에서 최근에 유전체 중복이 일어난 지역은 NBS-LRR 유전자와 병 저항성 관련 QTL이 중복되어 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 국내의 장려 품종 및 야생콩, BSR의 감수성을 보이는 Peking와 Hartwig 포함한 세계적으로 육종에 직접 사용되는 품종들을 포함하여 콩 집단을 선정, 조사된 cluster안에서 LRR domain을 encode하는 유전자들에서 SNP 탐색을 하였다. 선정된 집단에서의 haplotype 결정, 갈색줄기썩음병 저항성 QTLs, 표현형 및 LRR domain 조사, 기존 개발된 BSR관련 콩 마커들에 대한 유전자형 결정하여 Association analysis을 수행하였다. VIGS 또는 tilling을 통한 갈색줄기썩음병 저항성 관련 후보유전자 기능 검정하고, 유의미한 후보 유전자를 VIGS 시스템을 이용하여 저항성 혹은 이병성 품종에 접종한후 갈색줄기썩음병에 대한 반응 조사하거나, tilling 집단에서 후보유전자에 대해 변이가 일어난 콩 개체를 선발하여 후대에서 갈색줄기썩음병에 대한 반응 조사하였다. VIGS system과 bean pod mottle virus (BPMV)을 벡터로 사용하여 병 저항성 유전자 기능검정을 위한 형질 전환을 준비를 위한 실험을 수행하였다. BPMV에 콩 잎에 침투하면 잎이 말리는 현상이 일어나며, 식물체는 발달이 저해된다. pBPMV는 RNA1와 RNA2 구성되어 있고, VIGS 시스템을 구축하기 위해서 이 벡터와 더불어 형질전환이 잘 되는‘Williams' 콩 품종과 형질전환의 검증용으로 사용되는 PDS 유전자가 사용되었다. 수원 서울대학교 실험농장과 농촌진흥청 국립식량과학원 영남농업시험장에서 수확한 여러 품종의 콩에서 콩 미이라병 뿐만 아니라 콩 자색병을 일으키는 곰팡이균도 발견되었다. 또한, 온실에서 여러 콩 품종을 파종 후 이러한 곰팡이균들을 다시 접종하여 포장에서의 발병률과 온실에서의 발병률을 전체적으로 비교하였다. 태광콩이 온실이나 포장에서 콩 곰팡이균에 의한 발병률이 다른 콩 품종들에 비해 현저하게 낮은 것으로 나타났다. 또한, 갈색줄기썩음병 저항성 유전자의 단일염기변이를 조사하여 아미노산서열에 기능적인 변화를 일으키는 SNP를 바탕으로 육종가친화적인 기능적 PCR-based DNA 마커로 전환할 예정이다. 다수의 콩 품종에 대해 개발된 갈색줄기썩음병 저항성 유전자 DNA 마커의 효율성을 검정할 수 있으며, 특허출원도 할 예정이다. BSR에 대한 전무한 국내연구에 기여를 할 것이며, MAS를 실용화하기 위한 SNP 유전자형 결정에 의한 다량적 선발기술방법은 갈색줄기썩음 관련 형질이외에 내병성, 내재해성, 조생등 주요 농업 형질에 관한 특허화 등에 활용할 수 있을 것으로 생각된다. 또한 기능성 마커는 형질에 특이적 영향을 미치는 염기서열 수준의 변이로써 일반적인 DNA 마커와는 달리 특허화가 가능한 SNP 유전자형 결정 방법과 결합하여 차세대 마커로 될 수 있고, 연구소, 육종가, 콩의 분리 집단 등에 상관없이 널리 적용할 수 있어 특허로서의 가치가 높다. 갈색줄기썩음병 내병성 콩 육성으로 병 방제를 위한 농약 살포로 인한 환경오염 억제 및 콩 수량 감소를 방지할 수 있으며, 갈색줄기썩음병 내병성 콩 품종 육성으로 우수 식용콩의 안정적인 국내 생산 및 공급이 가능해 지며, 갈색줄기썩음병 저항성 콩 품종들의 산업화 활용으로 국제 종자 시장에서 경쟁의 우위를 확보한다.