RAD를 통한 대만 땅콩 생식질 내 유전적 다양성 및 SNP 마커 개발 평가

Jul 09, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14495(2022) 이 기사 인용

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재배되는 땅콩(Arachis hypogaea L.)은 중요한 유지 작물이지만 유전적 다양성이 좁습니다. 분자 표지는 다양한 생식질의 유전적 다양성을 조사하는 데 사용될 수 있습니다. 이 연구에서는 제한 부위 관련 DNA(RAD) 접근법을 활용하여 대만 땅콩 생식질의 31개 서열을 서열화하여 총 17,610개의 단일 염기 다형성(SNP)을 식별했습니다. 이 31개 종을 기원에 따라 두 개의 하위 집합으로 그룹화했을 때 "글로벌" 하위 집합(n = 17)이 "로컬" 하위 집합(n = 14)보다 유전적으로 더 다양하다는 사실을 발견했습니다. 식물 품종에 관해서는 var. fastigiata 하위 집합은 var의 다른 두 하위 집합보다 유전적 다양성이 더 컸습니다. vulgaris와 var. hypogaea는 유전적 다양성을 향상시키기 위해 육종 프로그램에 새로운 유전자원을 도입해야 한다고 제안합니다. 유전자형 분석 데이터의 주성분 분석(PCA)은 31개 수탁을 주로 식물 품종에 따라 3개의 클러스터로 분리했으며, 이는 본 연구에서 개발된 14개의 경쟁적 대립유전자 특이적 PCR(KASP) 마커로 유전자형이 분석된 282개 수탁에 대한 PCA 결과와 일치합니다. 이 연구에서 확인된 SNP 마커는 대만의 현재 생식질의 유전적 관계와 개체군 구조를 밝힐 뿐만 아니라 육종 및 추가 유전적 적용을 위한 효율적인 도구를 제공합니다.

남아메리카가 원산지인 재배 땅콩(Arachis hypogaea L.)은 동질사엽체(AABB, 2n = 4x = 40)이며 전 세계적으로 중요한 콩과작물입니다. 인간은 단백질과 지방산의 비율이 높기 때문에 땅콩 씨앗을 음식과 기름 공급원으로 활용합니다1. FAOSTAT(http://www.fao.org/faostat)에 따르면 땅콩의 연간 생산량은 지난 20년 동안 증가하여 2020년에는 5,300만 톤에 도달했습니다. 기후변화 위협으로 증가하는 땅콩 수요를 충족시키기 위해 신품종 육종은 땅콩의 질적, 양적 특성을 향상시키는 효과적인 전략이다.

Arachis 생식질의 보존과 유전적 다양성의 활용은 재배 땅콩의 육종에 매우 중요합니다. 현재 반건조 열대 작물에 대한 국제 작물 연구소(ICRISAT), 미국 농무부(USDA), 중국 농업과학원의 석유 작물 연구소를 포함하여 여러 유전자 은행이 아라키스 생식질로 유명합니다. OCRI-CAAS). ICRISAT, USDA, OCRI-CAAS2에서는 각각 15,000개, 9,000개, 8,000개 이상의 접속이 수집되었습니다. 한편, 육종 프로그램을 시작하기 전에 보유 생식질의 유전적 다양성을 이해하는 것이 전제조건이며, 현재 생식질의 유전적 다양성을 평가하기 위한 주요 전략은 분자 표지의 활용입니다3. 재배 땅콩은 최근 두 조상의 교배와 육종 프로그램 선택으로 인해 유전적 다양성이 낮습니다4,5,6,7. 재배 땅콩의 좁은 유전적 다양성으로 인해 분자 표지 개발이 방해를 받았음에도 불구하고 재배 땅콩의 유전적 다양성을 평가하기 위해 단순 서열 반복(SSR) 표지를 개발하고 활용하는 것이 가능했습니다8,9,10,11. 특히, 미국 땅콩 미니 코어 컬렉션(Peanut Mini Core Collection)의 92개 품종과 중국의 196개 주요 땅콩 품종의 개체군 구조가 SSR 마커를 통해 밝혀졌습니다12,13. SSR 마커는 땅콩 개체군의 유전적 다양성을 식별하는 데 널리 사용되었지만 이러한 연구에서는 어려운 유전형 분석 과정으로 인해 개체군 규모가 제한되었습니다.

최근 차세대 염기서열분석(NGS)을 통해 가능해진 땅콩 게놈 프로젝트는 재배 땅콩의 유전 연구에 혁명을 일으켰습니다. 지금까지 Arachis hypogaea L.과 그 두 개의 이배체 조상인 A. duranensis(AA)와 A. ipaensis(BB)의 게놈 서열이 밝혀졌습니다6,7,14. 이러한 고품질 게놈 서열은 땅콩 분자 육종을 촉진할 수 있는 유전자형 분석(GBS)을 통해 처리량이 높은 단일 염기 다형성(SNP) 마커를 개발할 수 있는 길을 열었습니다. 41개의 땅콩 수집품을 재배열하여 개발된 58K SNP 어레이 'Axiom_Arachis'는 USDA Mini Core Collection 및 야생종15,16을 포함한 384개의 Arachis 유전자형에 걸쳐 유전적 다양성을 식별하는 데 사용되었으며15,16 미국 땅콩 코어 컬렉션의 787개 수집품은 14K 'Arachis_Axiom2' SNP 어레이는 유전적 다양성을 나타냅니다17. SNP 어레이와 비교하여 GBS는 NGS18,19를 사용하여 제한 부위와 관련된 감소된 게놈의 시퀀싱을 기반으로 하는 보다 비용 효율적인 기술입니다. 땅콩 연구에서 이 기술은 SNP 개발에 적용되어 QTL(양적 특성 유전자좌) 매핑을 위한 유전자 지도 구축 및 인구 구조 분석을 가능하게 했습니다.