방사무늬 김(Pyropia yezoensis)의 Polymorphic SSR 마커 개발 및 품종 식별에 적용 = Development of Polymorphic SSR(Simple Sequence Repeat) marker of Pyropia yezoensis and application of cultivars identification

국문 초록 (Abstract)

Pyropia는 가장 널리 재배되고 경제적으로 중요한 해양 홍조류로, 단순한 형태로 인해 표현형으로 품종을 식별하기가 쉽지 않다. 본 연구에서는 표지이용 선발, 직계관계 분석, 유전적 다양성 연구 등에 활용하기 위해 P. yezoensis 'SG104'의 scaffold-genome sequence에서 SSR (Simple sequence repeats)을 확보하고 Polymorphic SSR을 선발하여 P. yezoensis 품종을 식별 및 구조 분석에 적용하였다. P. yezoensis genome에 di-, tri-, tetra-, penta- 또는 hexa-nucleotide 반복 모티프를 포함하는 총 23,120개의 SSR이 확인되었으며, SSR 중 tri-nucleotide repeats가 가장 많았다(71.7%).
선별된 316개의 SSR 마커 중 다형성을 보인 30개의 SSR을 선택하여 15개의 방사무늬 김 품종을 대상으로 유전적 다양성 평가에 사용하였다. 연구결과 13개 품종만 doubled haploid 계통이었으며, 2개의 품종(‘HP2’, ‘HG’)에서는 몇몇의 특정 유전자좌에서 이형 접합성을 발견하였고, 그 두 개의 품종은 doubled haploid 계통이 아님을 발견했다. 30개의 SSR 마커로부터 primer 당 평균 2.23개의 대립 유전자를 얻었고, 총 67개의 다형성 대립 유전자를 발견하였다. 다형성 정보 함량(PIC) 범위는 0.44에서 0.66로 평균 0.51이다.
다형성 SSR 유전자 좌로부터 얻은 값을 기반으로 jaccard similarity와 genetic distance를 계산하고 방사무늬 김 품종들을 군집화하였다. 계통분석 결과와 각 품종의 표현형과의 상관관계도 분석하였으며, 품종들의 군집구조도 분석하였다.
분석에 사용된 15개의 방사무늬 김 품종이 크게 2개 그룹으로 구분되었다. 첫 번째 그룹은 ‘Ev6’, ‘SG112’, ‘SG110’, ‘SG105’, ‘GL2’, ‘SG104’가 속해있고, 두 번째 그룹은 나머지 9개 품종(‘HP1’, ‘HP2’, ‘SG108’, ‘HG’, ‘SG106’, ‘SG109’, ‘SG111’, ‘SG114’, ‘JS2’)이 포함되었다. 그리고 30개의 다형성 SSR 마커 중 하나의 Py20987은 P.yezoensis와 밀접하게 관련된 4개 종(P. tenera, P. seriata, P. dentata 및 P. haitanensis)내에서 다형성 변이를 나타냈다.
이러한 SSR 마커는 P. yezoensis 생식 질 컬렉션의 유전적 다양성을 평가하고 새로운 품종의 식별 및 향후 등록에 유용할 것이다. 본 연구의 발견은 P. yezoensis의 정밀한 유전자 매핑 및 QTL 분석을 촉진할 것이며, 새로운 P. yezoensis 품종의 분자 육종을 위한 프레임 워크를 제공할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Pyropia is the most widely cultivated and economically important marine red algae, and its simple form makes it difficult to identify cultivars by phenotype. In this study, SSR(simple sequence repeats) were obtained from the scaffold-genome sequence of P. yezoensis cultivar 'SG104' and polymorphic SSRs were selected and applied to discriminate P. yezoensis cultivars and genetic diversity study. A total of 23,120 SSRs including di-, tri-, tetra-, penta- or hexa-nucleotide repeat motifs were identified in the P. yezoensis genome, and trinucleotide repeats were the most abundant among SSRs (71.7%).
Among the 316 SSRs, 30 SSRs showing polymorphism were selected and used for the evaluation of genetic diversity in 15 cultivars. Thirteen cultivars in which the PCR product amplified by the SSR markers was detected as a single peak were identified as double haploids. But two cultivars (“HP2” and “HG”) showed heterozygosity at several SSR loci. An average of 2.23 alleles per primer were obtained from 30 SSR markers, and a total of 67 polymorphic alleles were found. The polymorphic information content (PIC) ranges from 0.44 to 0.66, with an average of 0.51.
P. yezoensis cultivars were clustered, based on the polymorphic SSRs. The 15 P.yezoensis cultivars used in the analysis were divided into two groups. The first group belongs to 'Ev6', 'SG112', 'SG110', 'SG105', 'GL2' and 'SG104', and the second group contains the remaining 9 cultivars 'HP1', 'HP2', 'SG108', 'HG', 'SG106', 'SG109', 'SG111', 'SG114' and 'JS2'. Py20987 one of the 30 polymorphic SSR markers, showed polymorphic mutations in 4 closely related species (P. tenera, P. seriata, P. dentata and P. haitanensis).
These SSR markers will be useful for assessing the genetic diversity of the P. yezoensis germplasm collection and for the identification and future registration of new cultivars. The findings of this study will facilitate precise gene mapping and QTL analysis of P. yezoensis and may provide a framework for molecular breeding of new P. yezoensis cultivars.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 8
• Ⅱ. 재료 및 방법 11
• 1. 식물 재료 11
• 2. 방사무늬김(P. yezoensis) SSR 분석 13
• 3. Genomic DNA 추출 16
• 4. PCR 및 전기영동 분석 16
• 5. SSR 마커 다형성 분석 17
• 6. 데이터 분석 18
• Ⅲ. 결과 19
• 1. Genome sequence 및 SSR 식별 19
• 2. PCR 및 전기영동 분석 22
• 3. 다형성 SSR 마커 screening 22
• 4. SSR 마커 평가 31
• 5. 방사무늬김(P. yezoensis) 품종의 유전적 관계 분석 33
• 고찰 39
• 참고문헌 43
• 영문초록 48