• Plant Biotechnology Reports
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• 제5권3호
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• pp.265-271
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• 2011

The cultivated potato as well as its tuber-bearing relatives are considered model plants for cell and tissue culture, and therefore for exploiting the genetic variation induced by in vitro culture. The association between molecular stability and tissue culture in different genetic backgrounds and ploidy levels has already been explored. However, it still remains to be ascertained whether somaclonal variation differs between callus-derived chromosome-doubled and undoubled regenerants. Our research aimed at investigating, through amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers, the genetic changes in marker-banding patterns of diploid and tetraploid regenerants obtained from one clone each of Solanum bulbocastanum Dunal and S. cardiophyllum Lindl (both 2n = 2x = 24) and tetraploids from cultivated S. tuberosum L. (2n = 4x = 48). Pairwise comparisons between the banding patterns of regenerants and parents allowed detecting considerable changes associated to in vitro culture both at diploid and tetraploid level. The percentages of polymorphic bands between diploid and tetraploid regenerants were, respectively, 57 and 69% in S. bulbocastanum and 58 and 63% in S. cardiophyllum. On average, the frequencies of lost parental fragments in regenerants were significantly higher than novel bands both in S. bulbocastanum (48 vs. 22%) and S. tuberosum (36 vs. 18%) regenerants. By contrast, in S. cardiophyllum, a similar incidence of the two events was detected (32 vs. 29%). Our results revealed that structural changes after tissue culture process strongly affected the genome of the species studied, but diploid and tetraploids regenerated plants responded equally.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제43권3호
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• pp.272-280
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• 2016

국화는 관상용, 약용으로 활용되는 주요한 화훼 작물중의 하나이다. 국화의 육종 프로그램은 다양한 품종의 개발에 기여하였으나, 다른 주요한 식량, 채소작물에서 보여졌듯이 전통적인 표현형 기반의 품종선발에서 분자표지를 활용한 선발로 진일보할 필요가 있다. 이러한 분자육종은 유전학, 분자생물학, 최근에는 유전체 연구로 규명된 형질연관 분자표지에 의존한다. 그러나 자가불화합성, 자식약세, 이질육배체, 이형접합성, 거대한 유전체와 같은 국화의 생식적, 유전적, 유전체의 특성으로 인하여 이러한 연구는 심각하게 지연되고 있다. 그럼에도 불구하고 유전연구를 통하여 국화의 유전자지도가 구축되었고 꽃, 잎, 식물구조와 같은 국화의 주요한 형질과 연관된 분자표지가 규명되었다. 염기서열 분석기술이 발달됨에 따라 국화의 전사체가 해독되어 국화의 표준유전자 목록이 구축되고 발달단계에 따라 혹은 생물적 비생물적 환경에서 특이적으로 발현되는 유전자도 규명되었다. 또한 2배체인 야생의 국화속 식물의 유전체 해독 프로젝트가 시작되었다. 이러한 대량의 염기서열 정보는 국화의 분자육종을 위한 근원적인 자원으로 활용될 수 있을 것이다. 이 총설에서는 국화의 분자유전학, 유전체 연구의 현황을 요약하고 향후 전망을 논의한다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제47권3호
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• pp.218-226
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• 2020

유전체 정보가 공공 데이터베이스 내에 빠르게 축적이 되면서 유전체 데이터의 활용도를 높이기 위한 재가공 기술과 공유 기술이 지속적으로 중요해지고 있다. 특히 분자육종을 가속화하기 위해서 다양한 목적에 맞는 분자 마커 개발이 중요하다. 본 연구는 이러한 요구를 해소하기 위해 유전자 단위에서 haplotype을 기본단위로 구분하고 해당 유전자의 haplotype을 대변하는 tag-SNP를 선발하여 분자 마커 등을 개발하는데 사용할 수 있도록 관련 정보를 웹 사이트를 통해서 제공하고자 웹 데이터베이스를 구축하였다. 본 연구를 통해 선발된 각 tag-SNP는 하나의 유전자를 대변할 수 있고, 각 유전자의 haplotype을 구분할 수 있으며, 해당 유전자의 염색체 내 위치 정보, non-synonymous SNP의 정보를 담고 있다. 따라서 기존 무작위 방식으로 선발되어 사용되던 SNP에 비하여 정보력이 높은 tag-SNP를 활용해서 haplotype block을 확장할 수 있을 것이다. Haplotype의 기본 단위를 유전자로 설정함으로써 집단이 바뀜에 따라 발생하는 SNP의 유무, LD block의 크기 등이 변하는 문제점을 극복하고, 표준화된 haplotype library 작성이 가능할 것이며 이는 또한 분자육종을 위한 분자 마커를 선발하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• The Plant Pathology Journal
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• 제22권3호
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• pp.215-221
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• 2006

Gibberella zeae (anamorph: Fusarium graminearum) is an important pathogen of cereal crops. This fungus produces a broad range of secondary metabolites, including polyketides such as aurofusarin (a red pigment) and zearalenone (an estrogenic mycotoxin), which are important mycological characteristics of this species. A screen of G. zeae insertional mutants, generated using a restriction enzyme-mediated integration (REMI) procedure, led to the isolation of a mutant (Z43R606) that produced neither aurofusarin nor zearalenone yet showed normal female fertility and virulence on host plants. Outcrossing analysis confirmed that both the albino and zearalenone-deficient mutations are linked to the insertional vector in Z43R606. Molecular characterization of Z43R606 revealed a deletion of at least 220 kb of the genome at the vector insertion site, including the gene clusters required for the biosynthesis of aurofusarin and zearalenone, respectively. A re-creation of the insertional event of Z43R606 in the wild-type strain demonstrated that the 220-kb deletion is responsible for the phenotypic changes in Z43R606 and that a large region of genomic DNA can be efficiently deleted in G. zeae by double homologous recombination. The results showed that 52 putative genes located in the deleted genomic region are not essential for phenotypes other than the production of both aurofusarin and zearalenone. This is the first report of the molecular characterization of a large genomic deletion in G. zeae mediated by the REMI procedure.

• The Plant Pathology Journal
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• 제36권1호
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• pp.87-97
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• 2020

The development of reverse transcription-polymerase chain reaction using degenerate primers against conserved regions of most potyviral genomes enabled sampling of the potyvirome. However, these assays usually involve sampling potential host plants, but identifying infected plants when they are asymptomatic is challenging, and many plants, especially wild ones, contain inhibitors to DNA amplification. We used an alternative approach which utilized aphid vectors and indicator plants to identify potyviruses capable of infecting common bean (Phaseolus vulgaris). Aphids were collected from a range of asymptomatic leguminous weeds and trees in Iran, and transferred to bean seedlings under controlled conditions. Bean plants were tested serologically for potyvirus infections four-weeks postinoculation. The serological assay and symptomatology together indicated the presence of one potyvirus, and symptomology alone implied the presence of an unidentified virus. The partial genome of the potyvirus, encompassing the complete coat protein gene, was amplified using generic potyvirus primers. Sequence analysis of the amplicon confirmed the presence of an isolate of Wisteria vein mosaic virus (WVMV), a virus species not previously identified from Western Asia. Phylogenetic analyses of available WVMV sequences categorized them into five groups: East Asian-1 to 3, North American and World. The Iranian isolate clustered with those in the World group. Multiple sequence alignment indicated the presence of some genogroup-specific amino acid substitutions among the isolates studied. Chinese isolates were sister groups of other isolates and showed higher nucleotide distances as compared with the others, suggesting a possible Eastern-Asian origin of WVMV, the main region where Wisteria might have originated.

• 미생물학회지
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• 제54권3호
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• pp.175-187
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• 2018

점액세균은 포식활동, 자기방어, 세포 간 신호전달 및 아직까지 알려지지 않은 다른 기능을 위해 다양한 이차대사산물을 생산한다. 점액세균에서 분리된 많은 이차대사산물들은 독특한 작용기작을 가지며 항암, 항세균, 항진균 등과 같은 약학적으로 유용한 생리활성을 보인다. 따라서 전 세계적으로 많은 점액세균 균주들이 분리되었고 이들로부터 다양한 생리활성물질들이 탐색되었다. 하지만 16S rRNA 데이터베이스 분석에 의하면 야생에는 지금까지 분리된 종류 이외에도 다양한 점액세균 종류들이 존재할 것으로 추정되며, 유전체 서열 분석에 의하면 각 점액세균들은 기존에 알려진 물질보다 더 많은 물질을 생산할 수 있는 능력이 있는 것으로 나타났다. 본 총설에서는 점액세균 유래 이차대사산물들과 이들의 유전자, 점액세균에서의 기능, 생합성 유전자의 발현을 조절하는 전사조절인자 등에 대한 최근까지의 연구 현황을 살펴보았다.

• Journal of Ginseng Research
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• 제46권4호
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• pp.505-514
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• 2022

Background: The roots of Panax ginseng contain two types of tetracyclic triterpenoid saponins, namely, protopanaxadiol (PPD)-type saponins and protopanaxatiol (PPT)-type saponins. In P. ginseng, the protopanaxadiol 6-hydroxylase (PPT synthase) enzyme catalyses protopanaxatriol (PPT) production from protopanaxadiol (PPD). In this study, we constructed homozygous mutant lines of ginseng by CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of the PPT synthase gene and obtained the mutant ginseng root lines having complete depletion of the PPT-type ginsenosides. Methods: Two sgRNAs (single guide RNAs) were designed for target mutations in the exon sequences of the two PPT synthase genes (both PPTa and PPTg sequences) with the CRISPR/Cas9 system. Transgenic ginseng roots were generated through Agrobacterium-mediated transformation. The mutant lines were screened by ginsenoside analysis and DNA sequencing. Result: Ginsenoside analysis revealed the complete depletion of PPT-type ginsenosides in three putative mutant lines (Cr4, Cr7, and Cr14). The reduction of PPT-type ginsenosides in mutant lines led to increased accumulation of PPD-type ginsenosides. The gene editing in the selected mutant lines was confirmed by targeted deep sequencing. Conclusion: We have established the genome editing protocol by CRISPR/Cas9 system in P. ginseng and demonstrated the mutated roots producing only PPD-type ginsenosides by depleting PPT-type ginsenosides. Because the pharmacological activity of PPD-group ginsenosides is significantly different from that of PPT-group ginsenosides, the new type of ginseng mutant producing only PPD-group ginsenosides may have new pharmacological characteristics compared to wild-type ginseng. This is the first report to generate target-induced mutations for the modification of saponin biosynthesis in Panax species using CRISPR-Cas9 system.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제5권2호
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• pp.151-158
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• 2001

군산지역에 있는 호수와 양식장에서 채집된 붕어(Carassius carassius)의 혈액으로부터 추출된 genomic DNA를 무작위 primer를 이용한 PCR-RAPD 방법에 의해서 유전적 차이를 확인하고자 하였다. 12개 primer 중에서 6개를 이용한 결과 호수산 붕어의 경우 primer 당 약 2.1 polymorphic bands가 나타났고, 총 266개의 높은 RAPD marker가 확인되었으며, 0.18에서 0.76의 bandsharing분석 결과가 나타났다. 군산지역에 있는 호수와 양식장에서 채취된 붕어 2집단간의 RAPD 특징을 bandsharing value로 비교 분석해 본 결과 각각 호수산이 0.47, 양식산이 0.70 으로 나타났으며, 이는 양식산 개체들간에 유사성이 높게 나타났다. 이러한 결과는 군산지역에 있는 양식장의 경우 유사한 환경조건내에서 붕어가 사육되었거나 혹은 오랜 기간동안 근친교배의 결과 이러한 유전적 유사성이 높게 나타난 것으로 사료된다. 달리 말하면 비록 다양한 지리적인 분포가 있더라도 군산지역의 다른 지역으로부터 야생산 붕어 집단의 도입으로 인하여 genomic DNA의 높은 수준의 다양성을 가질 수 있다는 것이다. 일반적으로 primer에 의해서 제시된 RAPD 다형성은 양식대상 어종이면서 온수성 어종인 붕어의 계통 혹은 집단을 확인하기 위한 유전적 표지인자로서 사용될 수 있을 것이다. 그러나 앞으로 집단 및 채집장소의 추가적인 확보 그리고 다른 방법을 통한 연구가 미비한 점을 보완할 수 있는 데 필요하다고 사료된다.

• 식물분류학회지
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• 제41권4호
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• pp.299-314
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• 2011

분자 마커의 선택은 집단유전학의 연구방법을 결정하는 중요한 고려사항으로, 현재까지 동식물의 집단유전학 연구에는 알로자임, RAPD, RFLP, AFLP, microsatellite, SNP, ISSR 등이 개발되어 주로 사용되고 있다. 이 중 microsatellite는 핵뿐만 아니라 엽록체, 미토콘드리아와 같은 세포소기관의 게놈상에 매우 풍부하게 존재하며, 핵에서 유래된 microsatellite는 높은 다형성을 보이는 공우성 마커로 집단 구조 및 유전적 다양성 연구에서 최근 선호된다. Microsatellite는 보통 1~6 bp의 짧은 서열이 반복된 것으로 각각의 유전자좌에 특화된 프라이머를 사용하여 증폭한다. Microsatellite는 PCR 반응으로 쉽게 유전자형을 분석할 수 있는 장점이 있으나, 종 특이적으로 개발되고 계통적으로 매우 가까운 근연종에게만 적용될 수 있는 단점이 있다. 따라서, 야생식물의 경우 microsatellite 개발에 필요한 게놈 정보가 부족하고 신규 개발비용이 많이 소요되어 적용이 쉽지 않았으나, 점차 개발비용이 낮아지고 있어, 야생식물을 대상으로 한 microsatellite 연구들이 증가하고 있는 추세이다. 따라서, 본 논문에서는 야생식물의 microsatellite를 이용한 분석 기초를 마련하고자 microsatellite 마커의 다양한 개발 및 분석 방법, 진화 모델 및 적용 분야에 대해 소개하고, 유전자형 결정시 잘못된 결론을 도출할 가능성이 높은 부분에 대한 사항들을 지적하여 야생식물의 microsatellite를 이용한 집단유전학적 분석에 도움을 주고자 하였다.

• 생명과학회지
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• 제30권11호
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• pp.947-955
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• 2020

구제역바이러스(FMDV)는 피코나바이러스 과에 속하는 바이러스로서 야생과 가축화된 소와 돼지에 감염된다. FMDV는 제어되기 어려워서 가축의 생산과 국제통상에 큰 장애가 되고 있다. FMDV RNA 게놈의 복제 과정에서 3D 중합효소가 특이적인 복제 기능을 담당하는데 게놈에 결합하는 부위가 매우 중요하다. 이 사실은 FMDV 게놈의 비코딩영역 내에서 3D 중합효소에 의해 인지되는 특이 RNA 구조가 관여함을 제시한다. 이 과정에서 cis-acting replication element (CRE)는 RNA 복제를 위한 개시에 필요하다. FMDV CRE는 15-17 뉴클레오티드의 고리와 이를 지지하는 이중가닥으로 형성된 줄기-고리 모양을 가지며 이들을 구성하는 RNA 뉴클레오티드 서열의 차이가 다른 RNA 이차구조를 생성한다. CRE 이외에 FMDV 복제를 위해서 많은 바이러스와 세포 인자들이 단백질-단백질 결합과 단백질-RNA 결합을 통해 협조적인 네트워크를 만들어낸다. 이 연구에서 국내에서 2010년부터 2017년 까지 구제역이 발생한 소와 돼지에서 FMDV를 분리하여 CRE 서열을 분석하였으며 이들 FMDV들은 A형과 O형의 유전자형을 가졌다. 흥미롭게 국내 FMDV들의 CRE RNA 이차구조의 변이들은 바이러스 간의 계통유전학적 상관관련성과 일치하며 특정 숙주 동물종의 FMDV 감염의 특이성을 밝혀주었다. 이를 토대로 국내 FMDV의 각 유전군의 분류는 독특한 기능적 CRE에 의해 특징지을 수 있으며 새로운 유전적 계통의 진화학적 연속성은 특징있는 CRE 모티프의 구분과 연관지을 수 있다. 그러므로 CRE의 특이적 RNA 구조는 숙주 동물종 의존적인 FMDV 부류의 부가적인 단서로 활용할 수 있음을 제안한다. 이들 연구 결과들은 향후 FMDV 대량감염이 발생할 때 숙주동물종의 특이성을 CRE 서열로 조기에 정확히 분석하는데 도움이 될 것이다.