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Brassica A genome의 최근 연구 동향 (Current status of Brassica A genome analysis)

  • 최수련;권수진
    • 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.

감귤 분자육종을 위한 분자표지 개발 현황 및 전망 (Current status and prospects of molecular marker development for systematic breeding program in citrus)

  • 김호방;김재준;오창재;윤수현;송관정
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제43권3호
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    • pp.261-271
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    • 2016
  • 세계적인 과수작물로서의 경제적 중요성에도 불구하고, 감귤 생산은 주로 자연교잡 실생이나 눈 돌연변이로부터의 선발 또는 단순 품종 도입 등을 통해 이루어지고 있는 실정이다. 긴 유년기, 다배성, 자가불화합성과 같은 감귤 고유의 식물학적 특성, 주요 형질들(병저항성, 수량성, 품질 등)의 QTL에 의한 조절 등은 전통 육종을 통한 우수 품종의 개발을 어렵게 하는 요인이다. 지구 온난화에 의한 생산 여건의 급격한 변화, 소비자 요구 다양화 등은 고품질 감귤의 조기 선발과 안정적 생산, 품종 다양화, 육종 비용 절감 등을 위한 체계적인 감귤 분자육종 프로그램의 도입을 요구하고 있다. 동위효소를 이용한 최초의 감귤 연관지도 작성이 이루어진 이래, 다양한 분자표지를 이용한 연관지도 작성, 생물(CTV, CiLV, ABS, 선충] 및 비생물적(염분, 저온) 스트레스, 아포믹시스, 다배성, 과실착색(카로티노이드, 안토시아닌), 무종자, 웅성불임, 신맛 적음, 생식, 형태(나무, 잎, 꽃, 열매 등), 과실 품질, 종자수, 수량성, 조기 착과 등과 연관된 분자표지 발굴, QTL 맵핑 등이 이루어졌다. CTV 저항성과 적육(안토시아닌 축적) 형질에 대해서는 유전자 클로닝이 이루어졌고, 교배 육종 효율 증대 및 비용 절감을 위해 교잡배와 주심배를 구분하기 위한 다수의 simple sequence repeat (SSR) 분자표지가 개발되었다. 최근, 스위트오렌지와 '클레멘타인' 만다린에 대한 고품질의 표준 유전체가 완성되어 유전체 기반 감귤 분자육종을 위한 토대가 마련되었다. 표준 유전체 정보를 토대로 대규모 분자표지(SNP, SSR, InDel) 기반의 표준 연관 및 물리지도 작성, 비교 유전체 지도 작성, gene annotation, 전사체 분석 등이 활발히 이루어지고 있다. 감귤 유전자원 및 핵심집단에 대해 표준 유전체 기반 비교 유전체 분석, GBS (genotyping-by-sequencing), GWAS (genome wide association study) 등을 통해 감귤의 다양한 형질과 연관된 분자마커 발굴 및 개발, 유용/변이 유전자 클로닝 등에 관한 연구가 가속화될 것으로 전망된다. 또한 표적 유전체 교정 및 VIGS (virus-induced gene silencing) 기술도 유전자 마커의 검증을 비롯한 감귤 분자육종 프로그램에 활발히 이용될 것이다.

변화지역 탐지를 위한 시계열 KOMPSAT-2 다중분광 영상의 MAD 기반 상대복사 보정에 관한 연구 (A Study on Object Based Image Analysis Methods for Land Use and Land Cover Classification in Agricultural Areas)

  • 염종민;김현옥;윤보열
    • 한국지리정보학회지
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    • 제15권3호
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    • pp.66-80
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    • 2012
  • 원격탐사 방법을 활용한 변화지역 탐지, 재난재해 지도 작성, 작황 모니터링 등 다중시기의 위성영상을 활용한 결과를 도출하기 위해서는 시계열 영상 정보를 서로 비교할 수 있는 공통의 스케일로 정규화 하는 것이 필요하다. 다중시기 영상에 대한 정규화 방법은 절대복사보정과 상대복사 보정으로 나눌 수 있으며, 본 연구에서는 상대복사 보정을 통한 시계열 위성영상처리 기법을 다루고자 한다. 2011년 3월 해일 피해가 발생했던 일본 센다이 지역을 연구대상지로 선정하였고, KOMPSAT-2 다중분광영상을 이용한 사고 전, 후의 피해지역 탐지에 있어 상대복사 보정의 실효성을 분석하였다. 다양한 상대복사 보정 기법 중에서 정준상관분석을 통해 PIFs(Pseudo Invariant Features) 지역을 자동으로 추출하는 MAD(Multivariate Alteration Detection) 기법을 적용하였다. 본 사례연구 분석결과 MAD 방식에 의한 자동 PIFs 지역의 추출은 비교적 높은 정확도 수준에서 이루어짐을 확인할 수 있었으며, 상대복사 보정된 시계열 위성영상을 사용함으로써 변화지역 자동탐지의 신뢰수준을 높일 수 있는 것으로 나타났다.

소규모 경작지에서 질소 변량시비가 벼 수량 및 품질에 미치는 영향 (Influences of Site-specific N Application on Rice Grain Yield and Quality in Small Size Paddy Field)

  • 최민규;최원영;박홍규;남정권;백남현;이준희;김상수;김정곤
    • 한국작물학회지
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    • 제51권5호
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    • pp.369-378
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    • 2006
  • 논에 있어서 정밀농업시 변량시비가 벼 생육에 미치는 기초자료를 얻기 위하여 토양 및 생육정보를 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 시험전 토양의 변이계수는 EC, 유기물, 전질소, 유효인산 및 칼리는 $11.63{\sim}52.03%$로 10% 이상의 큰 변이를 보였으나 pH는 각각 $1.96{\sim}4.9%$로 적었다. 2. 생육중의 경수는 10%이상의 변이를 보였으나 초장, 엽색 및 쌀수량, 현미중 단백질은 10%이하의 변이를 보였다. 변량시비에 의하여 변이계수가 쌀수량은 8.06%에서 5.22% 및 5.81%로, 현미중 단백질 함량은 4.06%에서 3.40%로 낮아졌다. 3. 공간구조의 강약을 보여주는 Q값은 시험전 토양의 pH, 전질소함량, 유효인산 및 칼리함량은 0.60이상으로 공간의존성이 강하였으며, 엽색, 초장, 쌀수량 및 현미중 단백질함량 등도 0.50이상으로 공간의존성이 강하였으나 유수 형성기 경수는 0.22로 공간 의존성이 약했다. 4. 공간거리를 나타내는 공간의존 거리는 현미중 단백질 함량을 제외하고는 20 m 이상의 공간의존성이 있었다. 5. 시험전 토양의 pH, $SiO_{2}$ 및 초장, 엽색은 기비와 정의 상관을 보였으나 O.M.은 부의상관을 보였다. 수비는 시험 전 토양중 EC, O.M. 및 토양 고저차와는 정의 상관을 보였으나 초장, 경수 및 엽색과는 부의상관을 보였다. 현미중 단백질 함량은 토양중 $SiO_{2}$ 및 엽색, 수량과는 정의 상관을 보였으나 토양중 O.M.과는 부의상관을 보였으며 쌀수량은 초장, 경수 및 엽색과는 정의상관을 토양중 PH와는 부의 상관을 보였다.

농지 공간격자 자료의 층화랜덤샘플링: 농업시스템 기후변화 영향 공간모델링을 위한 국내 농지 최적 층화 및 샘플 수 최적화 연구 (A stratified random sampling design for paddy fields: Optimized stratification and sample allocation for effective spatial modeling and mapping of the impact of climate changes on agricultural system in Korea)

  • 이민영;김용은;홍진솔;조기종
    • 환경생물
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    • 제39권4호
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    • pp.526-535
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    • 2021
  • 공간 샘플링은 공간모델링 연구에 활용되어 샘플링 비용을 줄이면서 모델링의 효율성을 높이는 역할을 한다. 농업분야에서는 기후변화 영향을 예측하고 평가하기 위한 고해상도 공간자료 기반 모델링에 대한 연구 수요가 빠르게 증가하고 있으며, 이에 따라 공간 샘플링의 필요성과 중요성이 증가하고 있다. 본 연구는 국내 농지 공간샘플링 연구를 통해 농업분야 기후변화연구의 공간자료 활용의 효율성을 제고하고자 하였다. 본 연구는 층화랜덤샘플링을 기반으로 하였으며, 1 km 해상도의 농지 공간격자자료 모집단(11,386개 격자)에 대해서 RCP 시나리오별(RCP 4.5/8.5) 연대별(2030/2050/2080년대) 공간샘플링을 설계하였다. 국내 농지는 기상 및 토양 특성에 따라 계층화 되었으며, 샘플링 효율 극대화를 위해 최적 층화 및 샘플 배정 최적화를 수행하였다. 최적화는 작물수량, 온실가스 배출량, 해충 분포 확률을 포함하는 16개 목표 변수에 대해 주어진 정밀도 제한 내에서 샘플 수를 최소화하는 방향으로 진행되었다. 샘플링의 정밀도와 정확도 평가는 각각 변동계수(CV)와 상대적 편향을 기반으로 하였다. 국내 농지 공간격자 모집단 계층화 및 샘플 배정 및 샘플 수 최적화 결과, 전체 농지는 5~21개 계층, 46~69개 샘플 수 수준에서 최적화되었다. 본 연구결과물들은 국내 농업시스템 대표 공간격자로써 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 기후변화 영향예측 공간모델링 연구들에 활용되어 샘플링 비용 및 계산 시간을 줄이면서도 모델의 효율성을 높이는 데에 기여할 수 있다.

각종 작물에서 분리한 R. solani 균주들의 RAPD를 이용한 종내 그룹의 유전적 유연관계 분석 및 AGs 신속 간이동정 (Analyses of Genetic Relationships of Rhizoctonia solani Isolates from Various Crop Species and Rapid Identification of Anastomosis Groups with RAPD Method)

  • 이윤수;최혜선;김경수;우수진;강원희;김명조;심재욱;이민웅
    • 한국균학회지
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    • 제26권3호통권86호
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    • pp.373-379
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    • 1998
  • Rhizoctonia solani의 종내 그룹의 분류에는 균사융합군과 배양형태가 많이 이용되고 있으며, 이미 20종 이상의 R. solani가 생태학적, 형태학적, 효소학적, hyphal anastomosis 등에 의해 이미 구분되어졌다. Anastomosis group은 R. solani를 분리하는데 유용하지만 R. solani의 생물학적과 병리학적 연구를 위한 유전적 특성과 동정의 직접적인 방법이 요구되어진다. RAPD는 특별한 DNA 절편을 증폭하고 이를 genetic mapping, identification of isolates에 유용하게 적용될 수 있으며, 또한 genetic variation 조사에도 사용될 수 있다. Dendrogram을 작성한 결과 크게 5 group으로 나뉘어졌고, 5개의 group은 AG group의 subgroup과 동일하게 나뉘어졌다. AG group에 구분되지 않은 species들도 RAPD결과 AG tester들과 grouping 되어졌다. RS-1은 AG-5 group에 속하며, RS-4, RS-14, RS-17, RS-16은 AG-2-2(III B)에 속하였다. RS-13은 AG-4에 속하였으며, RS-8과 RS-10은 AG-1(I B)에, RS-7과 RS-21은 AG-2-2(IV)에 속하였다. RS-19는 AG-1-1(I C)에 속하고, RS-3, RS-5, RS-18, RS-6, RS-15는 AG-1에 속하였다. RAPD 결과 AG group의 subgroup간의 차이를 볼 수 있었고, 이에 AG group 되어 있지 않은 species의 AG grouping이 이루어졌다. 또한 subgroup 간의 유전적 차이를 확인 할 수 있는 marker를 개발하거나 subgroup의 특별한 primer를 제작하는 SCAs기법을 이용하여 식물체 병반 또는 토양에서 분리된 R. solani를 간이 동정에 이용할 수 있을 것으로 기대한다.

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벼 도열병 저항성 유전자 Pi45(t)의 균계 특이적 반응과 고밀도지도 작성 (Mapping and Race Specific Reaction of the Resistance Gene Pi45(t) in Rice)

  • 김동민;구홍광;양바오로;한성숙;노재환;안상낙
    • 한국육종학회지
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    • 제43권1호
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    • pp.42-49
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    • 2011
  • 본 연구는 모로베레칸의 잎도열병 저항성유전자를 탐색하고, 이 저항성유전자와 연관된 분자표지를 탐색하기 위해 수행되었다. 도열병에 이병성인 일품벼와 도열병에 강한 모로베레칸을 교잡하여 육성된 140개 $BC_3F_3$ 계통을 도열병 균계 반응을 통한 저항성 유전자 탐색에 이용하였다. 1. 40개 도열병 균계를 이용하여 양친을 검정한 결과, 모로베레칸은 모든 균계에 대하여 저항성 반응을 보였고, 일품벼는 35개 균계에 이병성 반응을 보였다. 2. 90-089 등 9개 균계를 선발하여 140개 $BC_3F_3$ 계통에 대한 저항성반응을 조사하였다. 실험 결과 88-002, 93-038, 90-089 및 03-018에 대해서는 몇몇 계통을 제외한 대부분의 계통들이 감수성 쪽으로 다소 치우친 경향을 보였다. 90-002, 86-311, 86-228 및 03-018 균계에 대해서는 대부분의 계통들이 저항성 쪽으로 치우친 경향을 보였다. 3. QTL 분석 결과, 7개 균계에 대해서 총 17개의 QTL이 탐색되었는데, 모든 저항성 유전자좌에서 모로베레칸의 대립 유전자가 저항성을 증진시켰다. 특히 4번 염색체 RM3276-RM5709 부근에서 도열병 균계 R90-059, 88-002, 93-038 및 90-089에 대한 저항성 QTL이 군집되어 있었다. 4. 연계재배법을 이용하여 탐지된 내구저항성 유전자 Pi45(t) 유전자좌의 위치에 모로베레칸 단편이 이입된 계통과 일품을 교배하여 목표 유전자좌에서 분리하는 $F_2$ 집단을 육성하고 유전자형을 검정하였다. 목표 유전자좌를 포함하는 염색체 지역에서 재조환이 일어난 개체를 이용하여 내구저항성 검정에 이용된 3개 균계를 접종한 결과, Pi45(t) 유전자좌를 포함하는 계통은 2개의 도열병 균계에 대해 저항성을 보였다. 이 결과는 내구저항성 관련 유전자와 균계 특이적 저항성유전자가 밀접히 연관되어 있던지 혹은 저항성에 동일한 유전자가 관여함을 보여준다. 이들 유전자들의 관계를 밝히기 위해서는 관련 유전자의 분리를 통한 특성 규명이 필요하다.