한국콩연구회

한국고유 콩에서 개발한 고밀도 SNP chip을 이용한 핵심집단 구축 및 유용자원 개발

Exploration of core collection and useful soybean lines using high-density SNP chip developed from variation of Korean germplasms

사업명 : 차세대바이오그린21

주관연구기관 : 국립식량과학원

연구책임자 : 문중경

발행년월 : 2015-02

주관부처 : 농촌진흥청

원문

http://www.ndsl.kr/ndsl/commons/util/ndslOriginalView.do?dbt=TRKO&cn=TRKO201500010572&rn=&url=&pageCode=PG18

초록

Cultivated soybean (Glycine max) suffers from a narrow germplasm relative to other crop species, probably because of under-use of wild soybean (Glycine soja) as abreeding resource. Use of a single nucleotide polymorphism (SNP) genotyping array is a promising method for dissecting cultivated and wild germplasms to identify important adaptive genes through high-density genetic mapping and genome-wide association studies.

In this project, we firstly developed a large soybean SNP array for use in diversity analyses, linkage mapping and genome-wide association analyses. More than four million high-quality SNPs identified from high-depth genome re-sequencing of 16 soybean accessions and low-depth genome re-sequencing of 31 soybean accessions were used to select 180,961 SNPs for creation of the AxiomⓇ SoyaSNP array. Validation analysis for a set of 222 diverse soybean lines showed that 170,223 markers were of good quality for genotyping. Secondly, we successfully developed core collection sets for cultivated and wild soybean among 2,661 accessions. Cultivated and wild soybean core set is composed with 189 and 199 accessions, respectively. These core sets were basically classified with 180k SNP array data. Thirdly, we developed Nested Association Mapping (NAM) population to identify the useful genes and QTLs through fast and accurate high throughput procedure with Korean cultivars and germplasm. Fourthly, we developed new 1,000 M3 mutant population treated by 250 Gy of gamma-ray with Sinhwakong. Among M3 mutant population, several mutant lines showing early maturing, dwarf, and indeterminate growth habit were selected.

연구개발 결과

재래종 콩 유전자원 5,118점, 야생콩 유전자원 2,406점을 국립농업유전자원센터와 영남대학교 박의호교수로부터 분양을 받아서 모집단으로 사용하였고, 2개년간 포장상태에서 농업형질을 조사하였다. 매 세대별 세대진전과정에서 순계화를 확보하기 위해서 자원당 1개체에서 얻어진 종자를 다음 세대에 사용하였고, 180k SNP array로 genotyping을 순계 2세대 혹은 순계화 3세대 DNA를 사용하였다. 핵심집단을 구축하기 위해서 한국생명공학연구원의 김남신박사가 개발한 핵심집단 구축 프로그램으로 분석하였고, 재배종은 189점, 야생종은 199점으로 구성된 핵심집단을 성공적으로 구축하였다. 유용형질 선발을 위해서 재배종 콩 유전자원 약 5,000여점을 논포장에서 식재후 침수처리 후 유망자원을 약 5점 선발하였다.

NAM 집단을 구성하기 위하여 국내외 육성품종 130품종 및 주요 콩 교배모본 20점 및 유전자원 등에 대해서 DNA 마커 다형성을 고려하여 Hub 모본으로 대풍콩을 교배부본으로 약 20품종을 선정하였고, Hub 모본과 부본간에 인공교배 후, F1 양성, F2부터 F6 까지 SSD 방법으로 세대 진전하였다. NAM 모부분에 대해서 180k SNP array로 genotyping 하였고, 고밀도 지도 제작을 위해서 큰올콩/익산10호, 큰올콩/신팔달콩 RIL 조합을 사용하여 지도제작과 QTLs 분석을 실시하였다. 16점의 한국 콩의 high-depth genome resequencing data 및 공개된 중국 low-depth genome sequencing data를 분석하여 20만점 이상의 후보 SNP를 동정하였으며, 이를 바탕으로 180,961 SNP probe를 심은 Axiom_Soya SNP array라 명명된 array를 Affymetrix에 의뢰하여 제작하였다. 222점의 다양한 유전자원을 사용하여 180,961 SNPs 중 170,223 SNPs가 genotyping에 적합함을 검증하였으며, 본 array는 natural hybrids의 탐색 및 GWAS 분석에 SNP array가 적합함을 확인하였다. 본 array는 2점의 재배콩과 2점의 야생콩 계통의 intermating으로 제작한 4개의 집단에서 ultra-high resolution genetic map을 작성하는데 사용되었다. 기 보유 돌연변이 집단의 고정과 농업형질 조사를 수행하였는데, 이에 사용된 재료는 황금콩, 방사콩, 팔달콩, 수원115호, 백운콩, 재재종 유래 돌연변이 집단을 사용하였다. 유전체 연구용 신규 방사선 돌연변이 집단을 구축하기 위하여 신화콩 유래 돌연변이 1,000 M3 집단을 구축하였다. 방사선 돌연변이 집단을 이용한 내염성 계통선발을 위하여 2%의 Nacl에서 1-2주간 내염성을 처리하여 내염성 돌연변이체를 선발하고자하였다.