아까시나무 종자의 내생균 군집특성과 질소고정균 동정 = Characterization of endophytic bacterial community and isolation of nitrogen-fixing bacteria from seed of Robinia pseudoacacia

국문 초록 (Abstract)

아까시나무는 뛰어난 질소고정능으로 척박지를 녹화하고, 양봉산업의 주요 밀원수로 역할하는 등 다목적 기능을 하여 전 세계에 2위로 많이 심어진 수목이다. 내생균은 식물의 전 생애에 걸쳐 식물과 상호작용하기 때문에 이에 관한 연구가 다양한 식물 종에서 수행되고 있다. 특히 식물의 첫 번째 생애 주기인 종자의 내생균 연구는 비교적 최근의 학문으로 아직 발달하는 단계에 있다. 본 연구는 메타게놈 분석을 통해 아까시나무 종자와 관련된 미생물군집의 주된 내생균을 밝히고, 질소고정 내생균의 분리하는 것을 목표로 한다. 9개 지역의 아까시나무 종자 내생균 군집 구성은 Qiime2를 통해 분석하였고, 질소고정균은 질소원이 배제된 배지를 이용하여 분리하였다. 그 결과 내생균 군집 구성은 공통된 내생균이 없이 지역별로 다양한 것으로 나타났다. 따라서 아까시나무가 생육하는 지리적 환경적 요인에 따라 아까시나무 종자 내의 내생미생물 군집 구성이 다른 것으로 판단된다. 그러나 5개의 지역에서는 질소고정세균으로 잘 알려진 Paenibacillus가 공통된 속으로 나타나, 이 속에 포함된 종은 아까시나무의 종자 발아 및 질소고정에 영향을 미칠 것으로 추측된다. 질소원 결핍배지를 통해 중국 및 한국 아까시나무 종자에서 CNR02, CNR01, CSR01, CSR02 및 KR001를 분리하였으며, 추가적인 실험을 통해 이들의 nifH 및 nodA 유전자의 확인이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 아까시나무 종자의 내생균 군집 구성 및 질소고정 내생균에 분리에 관해 보고하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Robinia pseudoacacia is the second most planted tree in the world for its multi-purpose functions, such as greening barren land with excellent nitrogen fixing ability and serving as a major honey source for honey production industry. Since endophytes interact with plants throughout the life of a plant, research on this has been conducted in various plant species. In particular, the study of endophytic bacteria of seeds, which is the first life cycle of plants, is a relatively recent study and is still in the stage of development. This study aims to identify the main endophytes through metagenome analysis of the microbial community associated with Robinia pseudoacacia seed and to isolate nitrogen-fixing endophytes. The composition of endophytic bacterial community of R. pseudoacacia seeds in nine regions was analyzed through Qiime2, and nitrogen-fixed bacteria were isolated using a medium excluding nitrogen sources. As a result, it was found that the composition of endophytic bacterial community varies by region without common endophytic bacteria. Therefore, it is judged that the composition of endophytic bacteria in R. pseudoacacia seeds is affected by the geographical environmental factors that R. pseudoacacia is growing. However, in the five regions, Paenibacillus, a well-known nitrogen-fixing bacteria, appears as a common genus. Therefore, it is presumed that the species included in Paenibacillus will affect the seed germination and nitrogen fixation of R. pseudoacacia seed. CNR02, CNR01, CSR01, CSR02 and KR001 were isolated through a medium excluding nitrogen sources. it is considered that their nifH and nodA genes need to be confirmed through additional experiments. Through this study, we would like to confirm the composition of endophytic bacteria community in R. pseudoacacia seeds and report on nitrogen-fixing endopgytic bacteria.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구배경 1
• 1.1.1. 아까시나무 1
• 1.1.2. 미생물 군집 분석의 발전 2
• 1.1.3. 식물 관련 내생균 연구 3
• 1.1.4. 종자 내생균 연구 4
• 1.2. 연구의 필요성 및 목적 5
• 2. 재료 및 연구방법 6
• 2.1. 종자수집 및 표면소독 6
• 2.2. DNA 추출 7
• 2.3. Library 제작 및 sequencing 8
• 2.4. QIIME2 분석 9
• 2.5. 주요 내생균 분석 11
• 2.6. 식물체 유전자로 인한 저해 요소 확인 11
• 2.7. 질소고정균 분리 13
• 2.8. 질소고정균 동정 14
• 3. 결과 및 고찰 16
• 3.1. 아까시나무 종자 내생균 군집 구성 분석 16
• 3.1.1. 강 수준 19
• 3.1.2. 과 수준 20
• 3.1.3. 속 수준 및 종 수준 21
• 3.2. 주요 내생균 규명 24
• 3.3. 아까시나무 종자 내생균 다양성 분석 26
• 3.3.1. 알파 다양성 분석 26
• 3.3.2. 베타 다양성 분석 28
• 3.4. 식물체 유전자로 인한 내생균 증폭 저해 30
• 3.5. 아까시나무 종자에서 추출한 질소 고정균 분석 32
• 4. 결론 35
• 참고문헌 36
• 국문초록 44
• Abstract 45