• Journal of Plant Biotechnology
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• 제49권3호
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• pp.178-186
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• 2022

볼리비아 유래의 4배체 감자 야생종 중 하나인 Solanum acaule는 서리, 감자역병, 감자바이러스X, 감자바이러스Y, 감자잎말림바이러스, 감자걀쭉병, 선충 등에 대한 저항성과 같이 감자의 신품종 육성에 매우 유용한 형질들을 가지고 있어 감자 육종에 많이 이용되고 있다. 그러나 이러한 유용 형질들을 재배종 감자에 전통적인 교잡에 의해 도입하는 것은 야생종과 재배종 간의 서로 다른 EBN에 따라 매우 제한적이다. 따라서, 이러한 생리적 장벽을 극복하기 위해서는 체세포융합을 이용할 수 있는데, 육종에 활용할 적절한 체세포융합체를 선발하기 위해서는 적절한 분자마커의 개발이 필수적이다. 이에, 본 연구에서는 앞서 차세대 유전체 기술에 의해 완성되어 보고된 S. acaule의 엽록체 전장 유전체 정보를 기반으로 이를 다른 8개의 Solanum 종의 엽록체 전장 유전체 정보와 비교를 통해 S. acaule 특이적인 분자마커를 개발하였다. S. acaule의 엽록체 전장 유전체 총 길이는 155,570 bp였으며, 총 158개의 유전자로 구성되어 있었다. 전체적인 구조와 유전자의 구성은 다른 Solanum 종들과 매우 유사하였고 12종의 다른 가지과에 속해 있는 종과의 계통수 분석에서 다른 Solanum 종과 매우 가까운 유연관계를 가지는 것을 확인하였다. S. acaule의 엽록체 전장 유전체와 다른 7개 Solanum 종의 엽록체 전장 유전체 다중 정렬의 결과로 각각 4개와 79개의 S. acaule 특이적인 InDel 및 SNP 영역이 확인되었으며, 이 정보를 이용하여 각각 1개씩의 InDel 및 SNP 영역 유래의 PCR 기반의 분자마커를 개발하였다. 본 연구의 결과는 S. acaule의 진화적 측면에서의 연구와 S. acaule를 이용한 감자품종 육성 연구에 기여를 할 수 있을 것이다.

• 한국육종학회지
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• 제50권4호
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• pp.434-441
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• 2018

본 연구에서는 배 '원황'(Pyrus pyrifolia)의 유전체 정보를 바탕으로, 유용 유전자 관련 SSR 마커를 선발하였고, 선발된 SSR과 SNP 마커를 이용하여 '원황' ${\times}$ 'Bartlett' $F_1$ 교배집단에 대한 유전자 지도를 작성하였다. '원황'의 scaffold에서 제작된 SSR 마커 유래 염기서열들과 NCBI nucleotide DB와 BLASTn 분석하여, 유용한 유전자들과 높은 상동성을 보이는 510개 SSR 마커를 선발하였다. 이들 마커를 사용하여 양친과 F1 집단 94개체의 대립 단편의 증폭 양상을 확인한 결과, 88개 마커들이 헤테로 집단에 맞는 분리비를 보였다. 선발된 88개의 SSR 마커는 GBS 분석을 통해 획득한 579개 SNP 마커와 함께 '원황'의 유전자지도를 작성하였다. 70개의SSR 마커들은 배 염색체 수와 같은 17개의 염색체에 잘 위치하였고, 모든 염색체에 한 개 이상의 마커로 위치하였다. 유전자지도의 총 유전거리는 3784.2cM이고 마커간 평균거리는 5.8cM이었다. 본 연구에서 개발된 SSR 분자마커 및 이를 기반으로 만들어진 유전자지도는 배의 육종 및 유전 연구에 유용한 정보를 제공할 것으로 기대한다.

• 원예과학기술지
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• 제30권5호
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• pp.557-567
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• 2012

본 연구는 마커이용여교잡(marker-assisted backcross, MAB)을 통한 내병성 토마토 신품종육성에 필요한 기초 정보를 얻기 위해 수행되었다. TYLCV, 시들음역병, 청고병, 흰가루병에 내병성인 공여친 계통 10종과 이병성이지만 우수 원예형질을 지닌 회복친 계통 4종에 대해 병리검정과 TYLCV 내병성 연관 분자마커 분석을 수행하였다. MAB를 위한 회복친 유전자 선발(background selection)용 마커개발을 목표로 SOL Genomics Network에 공시된 토마토 유전자지도(reference map)로부터 전 게놈에 균등히 분포된 108개(염색체 당 평균 9개) SSR 마커를 분석하여, 총 303개의 다형성 마커를 기반으로 공여친, 회복친 계통 간 유연관계를 분석하였다. 그 결과, 유사도 값의 전체 범위는 0.33-0.80으로계통 간 가장 높은 유사도 값(0.80)을 나타낸 것은 청고병에 저항성인 '10BA333'와 '10BA424'이었고, 가장 낮은 유사도 값(0.33)을 나타낸 것은 시들음역병에 내병성인 야생종 L3708(Solanum pimpinelliforium L.)과 청고병에 저항성인 '10BA424'이었다. 유사도 값을 이용하여 UPGMA 분석한 결과, 유사도 0.58를 기준으로 나누었을 때 3개의 군(cluster)으로 분류되었는데, 대부분 동일한 내병성을 지닌 공여친계통 간 유전적 거리가 가까워 이들은 공통된 저항성 재료를 이용한 육성과정에서 파생된 계통일 것이라 판단되었다. 계통수(dendrogram)를 기준으로 유전적 거리가 지나치게 멀지 않으면서 비교적 다수의 회복친 유전자 선발용 SSR 마커의 확보가 가능한 여교배 조합(공여친 ${\times}$ 회복친)은 TYLCV 내병성의 경우 'TYR1' ${\times}$ 'RPL1', 청고병의 경우 '10BA333' 또는 '10BA424' ${\times}$ 'RPL2', 흰가루병의 경우 'KNU12' ${\times}$ 'AV107-4' 또는 'RPL2'로 판단되었다. 시들음역병의 경우 내병성 공여친인 'L3708'은 야생종으로서 모든 회복친 계통들과 유전적 거리가 매우 멀었으며, 적절한 조합은 유사도 값이 0.41이며 계통 간 45개의 다형성 SSR 마커가 선발된 'L3708' ${\times}$ 'AV107-4'로 판단되었다.

• 생명과학회지
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• 제33권10호
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• pp.808-819
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• 2023

본 연구에서는 미생물균총에서 B. licheniformis K12 균주의 양상을 확인하기 위한 선발마커 개발을 시도하였다. Bacillus licheniformis는 바위게 내장에서 유산생산균주로써 분리되었다. 본 균주는 중온에서 성장이 양호할 뿐만 아니라 유전체 분석결과 protease, amylase, cellulase, lipase, protease, xylanase 등 다양한 고분자 물질들을 분해할 수 있는 효소류들을 보유하고 있는 것으로 나타났다. 선발마커 발굴을 위해 recombinase, integrase, transposase, phage-related genes, bacteriocin 등 유전자 변이 유발이 쉬운 게놈상의 영역에 대해 탐색을 실시하였다. 그 결과, 선발마커로써 가능성이 높은 5개 부위를 확보하였다. 후보마커는 recombinase 부위 3개(BLK1, 2, 3) integrase 부위 1개(BLK4), phase 관련 1개(BLK5)로 나타났다. 후보 선발마커로써 Bacillus species가 다른 B. licheniformis, B. velezensis, B. subtilis, B. cereus 등에 대해 PCR 분석을 실시하였다. 그 결과 BLK1 recombinase, BLK2 recombinase family protein, BLK4 site-specific integrase 등에서 B. licheniformis에서 특이적인 위치에 PCR 산물이 나타나는 것을 확인하였다. 또한, B. licheniformis 표준균주로써 subspecies에 대한 PCR을 수행한 결과 BLK1 및 3이 선발마커로써 양호한 것으로 나타났다. 따라서 BLK1이 미생물균총에서 종(species) 및 아종(subspecies) 선발마커로써 활용 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제29권3호
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• pp.151-159
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• 2002

작물의 신품종 육성 과정에 있어서 선발은 육종의 성패를 좌우하는 중요한 과정이다. 하지만 개체가 나타내는 표현형은 유전적 요인과 환경적 요인이 동시에 작용하여 나타나기 때문에 유전적인 효과만 구분하여 선발하는 것은 매우 어렵다. 최근에 분자생물학 분야의 연구가 급속도로 발전함에 따라 분자 수준의 표지 인자를 유용 유전자의 간접선발 지표로 활용하여 선발 효율을 높일 수 있게 되었다. 작물의 유전자 지도 및 분자 표지인자는 작물 육종에 매우 유용하게 활용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 무에서 양친인 '835'와 'B$_2$'에서 유래한 여교잡 집단 82개체를 이용하여 RAPD 유전자군 지도를 작성하고 관련 마커를 탐색하여 육종에 이용하고자 연구를 수행하였다. Primer 375종류를 이용하여 양친, 835와 B$_2$ 사이의 다형화 밴드 128개를 찾았다. BC$_1$F$_1$집단 조사를 통해 MAPMAK ER/EXP를 이용하여 연관군 지도를 작성하였다. 분리 분석된 RAPD 표지인자 128개 중 126개는 멘델의 이론 분리비 1:1에 적합하였으며. 2개는 동형접합체 (모본형) 쪽으로 편중되어 분리되었다. LOD 3.0 수준에서 128개의 표지인자가 9개의 연관군으로 나뉘어졌고 전체거리는 1,688.3 cM이었으며, 표지인자 간 평균거리는 13.8 cM으로 Lefebvre 등 (1996)이 발표한 자료를 참고하여 무 genome 전체의 유전적 거리를 계산한 결과 무의 유전자지도는 무 genome전체의 68.7%~80.1%를 포함하는 것으로 추정할 수 있었다. RAPD 마커에서 문제시되는 재현성 문제를 검정하기 위해 이를 STS 마커로 변환하고자 OPE10 primer에 의해 증폭된 특정 밴드를 클로닝하고 염기서열을 분석한 다음 얻어진 염기서열을 기본으로 하여 primer를 제작하여 PCR 하였다. 그 결과 10mer인 OPE10을 이용하여 분석했을 때와 동일하였으며 목적 밴드 외 다른 밴드는 생성되지 않아 앞으로 분자 마커로서 충분히 이용될 수 있음을 보여주었다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제39권1호
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• pp.33-48
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• 2012

작물의 구조와 기능을 이해하려는 과학적 탐구심과 이를 작물 육종에 적용하려는 실험적 노력의 일환으로 다양한 작물에서 유전자 지도가 개발되었다. 특히, 배추과 작물의 경우 모델식물인 애기장대의 유전체 정보가 공개된 이후 다양한 정보 (염기서열 정보, 유전자 구조 및 기능정보 등)의 이용이 가능해져 유전자 지도 작성이 가속화 되었으며 이는 최근 $B.$ $rapa$ A genome (배추)유전체 해독이라는 결과를 가져왔다. 배추과 작물의 유전자 지도 작성에 있어서 초기에는 RFLP 마커들이 사용되었으나 이후 분자마커, 즉, RAPD, AFLP, SSR 등과 같이 비교적 사용이 간단하고 시간적 제약이 없는 PCR 마커의 형태로 점차 바뀌었다. 배추과 작물의 경제적, 학문적 가치가 고려되어 $B.$ $rapa$ (배추)를 표준재료로 A genome 유전체 염기서열 해독이라는 목표로 다국적 유전체 프로젝트가 결성되었고 2011년 국내연구진이 주도적으로 참여한 국제 컨소시엄 (BrGSPC, $B.$ $rapa$ Genome Sequencing Project Consortium)에 의해 배추 (10개 염색체)의 유전자 영역(gene space), 약 98% (83.8 Mb)의 염기서열이 해독되어 발표되었다. 유전체 해독 과정에서 축적된 염기서열 정보는 대량의 SSR, SNP, IBP 마커의 개발을 가능하게 하였고 이들 마커는 $B.$ $rapa$ A genome 유전자 지도와 물리 지도 작성에 이용되어 이후 배추과 작물연구 전반에 널리 적용되고 있다. 대량의 분자마커 개발은 유전자 지도 작성을 가속화하여 더욱 정밀한 유전자 지도를 가능하게 하였고 공통의 분자마커 정보는 애기장대와 배추과 작물 간 비교유전체 연구를 통해 농업적 우수 형질의 클로닝, 마커도움선발 (MAS)등의 방법으로 분자육종의 기반을 제공하고 있다. 뿐만 아니라. 최근 등장한 NGS 유전체 해독 기술로 생산된 대량의 정보는 분자육종 실현 가능성을 높여 분자육종 실용화에 박차를 가하는 계기가 되고 있다. 본 논문에서는 $B.$ $rapa$에서 분자마커를 이용한 유전자 지도 개발의 과정과 농업적 유용형질 탐색을 위한 양적 형질 유전자좌 (QTLs)의 연구 현황에 대하여 알아보고 유전체연구에서 유전자 지도의 중요성과 육종에의 응용에 대하여 서술하였다. 또한 다양한 유전체 정보와 오믹스 정보를 국내 배추과 분자육종에 효율적으로 활용하여 분자육종 실용화를 가능하게 하기 위해 사용자가 쉽게 사용할 수 있는 데이터베이스를 구축함으로서 연구자와 육종가 간의 간격을 좁히고 원활한 정보교환의 필요성을 제기하였다.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2020년도 춘계학술대회
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• pp.129-129
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• 2020

• 한국작물학회지
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• 제65권3호
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• pp.214-221
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• 2020

본 연구에서는 간척지와 같은 염류집적 토양에서 재배가 가능한 사료용 벼 품종 개발을 위해 자포니카 우량품종 목양과 내염성 인디카 품종 IR64-Saltol 교배 계통으로부터 기내 선발 방법과 분자마커 분석을 통해 내염성 증진 계통을 선발하였고, 연구결과는 다음과 같다. 1. 목양과 IR64-Saltol 품종에 다양한 농도의 NaCl을 처리하여 신초 길이, 근장 및 생체중의 변화를 분석한 결과, 목양은 IR64-Saltol과 비교하여 50 mM NaCl 농도에서 신초 길이, 근장 및 생체중이 심한 생육 저해를 보였다. 2. 목양과 IR64-Saltol 교배 54계통 224개체를 이용하여 기내 선발 방법을 통해 50 mM NaCl 처리 후 목양 대비 신초 길이, 근장 및 생체중이 양호한 5계통(767883, 767885, 767949, 767986, 767989)을 선발하였다. 3. 내염성 관련 양적형질인 Saltol QTL의 유래를 확인하기 위한 분자마커 분석 결과와 표현형 결과를 비교하여 IR64-Saltol에서 유래된 Saltol QTL이 이입된 계통들은 목양 유래 Saltol QTL이 혼재된 계통들과 비교하여 염 스트레스 시 신초 길이, 근장 및 생체중이 양호함을 확인하였고, 따라서 IR64-Saltol 유래 Saltol QTL의 이입이 내염성을 증진시킨 것으로 판단된다. 4. 내염성 관련 핵심 유전자인 SKC1 발현은 염 처리 후 목양 대비 선발된 5계통 모두에서 높은 발현양을 보이나 목양 유래 QTL이 혼재된 2계통보다 IR64-Saltol QTL만 전이된 3계통에서 보다 높은 발현양을 보였다. 이러한 SKC1의 발현 양상이 선발된 계통들의 내염성에 관여할 것으로 판단된다. 5. 이상의 결과 기내 선발과 분자마커 분석을 통해 선발한 내염성 계통은 간척지와 같은 불량한 환경에서 작물 재배 및 생산이 가능한 내염성 품종 개발의 육종 소재로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제42권4호
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• pp.312-325
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• 2015

본 논문에서는 장미과 과수의 유전체 연구의 모델작물인 복숭아 유전체 연구에 대한 동향을 파악해서 국내 복숭아 유전체 연구 방향을 설정하고자 하였다. 분자육종을 위한 기반 연구인 유전자지도는 다양한 교배집단에서 작성되었고, 현재 차세대 염기서열분석을 통해 얻은 대량의 single nucleotide polymorphism 마커를 이용하여 고밀도화시키고 있다. 과실형질, 개화기, 병 저항성 등 질적형질과 양적형질에 관한 분자마커와 양적형질유전자좌가 동정되었고, 이중 과육의 용질성과 핵의 점리 형질에 대한 분자마커를 이용한 조기선발(marker assisted selection)의 활용성은 매우 높다. 애기장대, 포플라, 사과, 딸기 등 다른 작물과의 비교유전체, 복숭아의 성숙 및 발달, 플라보노이드 합성, 수확 후 저장기간에 발현하는 유전자 등에 대한 전사체, 과실 성숙기간에 발현되는 병 저항성 단백질 등에 대한 단백질체 연구도 보고되었다. 현재 차세대 염기서열 분석을 통해 대량 분자마커의 개발, 핵심 유전자원의 구축, 집단의 유전형 분석이 빠르게 진행되고 있다. 이를 통해 농업적으로 유용한 형질에 대해 더 정확한 양적형질 유전자좌 분석과 유용유전자의 개발이 가능하게 되고, 효율적인 분자육종의 기초기반을 구축할 수 있을 것으로 기대한다.

• 생명과학회지
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• 제19권1호
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• pp.152-155
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• 2009

old-gold-crimson ($og^c$) 과색 돌연변이는 라이코펜의 함량이 증가된 진붉은색 토마토 과실을 생산한다. 이러한 돌연변이는 토마토의 carotenoid 생합성경로에 관여하여 라이코펜을 ${\beta}$-carotene으로 전환시키는 라이코펜 ${\beta}$-cyclase (Crt-b) 유전자(B)에 point mutation을 일으켜 정상적인 효소생성을 저해한다. 높은 함량의 라이코펜을 생성시키는 토마토 품종개발은 유전자 연관 DNA 마커를 이용한 분자표지이용선발(MAS)을 통해 가속화 될 수 있다. $og^c$ 돌연변이는 라이코펜 ${\beta}$-cyclase(Crt-b) 유전자 내 poly-A 서열반복 지점에서 adenine (A) 단일 뉴클레오티드의 결손에 의한 frame-shift mutation에 의해 일어나며, 이러한 대립유전자의 운영과 검증을 위해 $og^c$ 대립유전자로부터 합성되는 PCR 산물에 Hin fI 제한효소 인식부위가 인위적으로 생성되도록 PCR 프라이머에 단일 뉴클레오티드 mismatch 부위를 만들어 dCAPS 마커를 개발하였다. 본 dCAPS 마커는 유전자 유래의 공우성 PCR 마커로서 고함량 라이코펜 토마토개발을 위한 육종 프로그램의 MAS에 효과적으로 사용될 수 있다.