J Plant Biotechnol 2022; 49(3): 178-186
Published online September 30, 2022
https://doi.org/10.5010/JPB.2022.49.3.178
© The Korean Society of Plant Biotechnology
박태호
대구대학교 원예학과
Correspondence to : e-mail: thzoo@daegu.ac.kr
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
The tetraploid Solanum acaule is a wild potato species from Bolivia widely used for potato breeding because of its diverse attractive traits, including resistance to frost, late blight, potato virus X, potato virus Y, potato leafroll virus, potato spindle tuber viroid, and cyst nematode. However, the introgression of useful traits into cultivated potatoes via crossing has been limited by differences in endosperm balance number between species. Somatic fusion could be used to overcome sexual reproduction barriers and the development of molecular markers is essential to select proper fusion products. The chloroplast genome of S. acaule was sequenced using next-generation sequencing technology and specific markers for S. acaule were developed by comparing the obtained sequence with those of seven other Solanum species. The total length of the chloroplast genome is 155,570 bp, and 158 genes were annotated. Structure and gene content were very similar to other Solanum species and maximum likelihood phylogenetic analysis with 12 other species belonging to the Solanaceae family revealed that S. acaule is very closely related to other Solanum species. Sequence alignment with the chloroplast genome of seven other Solanum species revealed four InDels and 79 SNPs specific to S. acaule. Based on these InDel and SNP regions, one SCAR marker and one CAPS marker were developed to discriminate S. acaule from other Solanum species. These results will aid in exploring evolutionary aspects of Solanum species and accelerating potato breeding using S. acaule.
Keywords cpDNA, InDels, PCR-based marker, Potato, SNPs, Solanum acaule
볼리비아에 자생하는
엽록체의 유전체는 원형 이중가닥의 분자구조를 가지고 있으며, 속씨식물의 경우 약 115-165 kb의 크기로 두 개의 inverted repeats (IRs), 하나의 large single copy (LSC), 하나의 small single copy (SSC)를 포함하는 전형적인 4분할 구조로 되어 있다(Yurina and Odintosova 1998). Table 1에 제시한 바와 같이, 이미 감자뿐만 아니라 다양한 감자의 근연야생종을 대상으로 한 엽록체 유전체 연구가 진행되어 그 결과가 보고되었으며,
Table 1 Comparison of the chloroplast genome sequence of
Species | Accession no. | Total Length (bp) | GC content (%) | Total No. of genes | No. of tRNA | No. of rRNA | Reference |
---|---|---|---|---|---|---|---|
MK036506 | 155,570 | 37.84 | 135 | 36 | 4 | this study | |
MK036507 | 155,531 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Park (2022) | |
MK036508 | 155,558 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Cho et al. (2019) | |
MF471372 | 155,549 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Kim and Park (2020b) | |
MF471373 | 155,567 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Kim and Park (2020a) | |
MF471371 | 155,532 | 37.89 | 136 | 36 | 4 | Kim and Park (2019) | |
KY419708 | 155,533 | 37.88 | 137 | 39 | 4 | Kim et al. (2018) | |
KM489054 | 155,525 | 37.88 | 133 | 33 | 4 | Cho et al. (2016) | |
KM489055 | 155,432 | 37.90 | 139 | 39 | 4 | Cho and Park (2016) | |
KM489056 | 155,312 | 37.88 | 130 | 30 | 4 | Cho et al. (2016) | |
DQ347958 | 155,371 | 37.88 | 133 | 30 | 4 | Daniell et al. (2006) | |
NC008096 | 155,296 | 37.88 | 131 | 36 | 4 | Gargano et al. (2005) |
모든 식물재료를 대상으로 기내에서 증식된 약 100 mg의 유식물체를 채취하여 Genomic DNA Extraction kit (Plants)(RBC, New Taipei City, Taiwan)를 이용하여 DNA를 추출하였다.
완성된
Table 2 Information on primers and restriction enzymes used to generate
Marker name | Region | Sa | Primer sequence | Size (bp)b | REc |
---|---|---|---|---|---|
SA_InDel_3 | F | TCAATGGATTCATGATAAAG | 742 | as | |
R | TTTATGAAATTCAATAATAAAGC | ||||
SA_SNP_7 | F | ATTTCCTTTTCGATCGTTTC | 588 | ||
R | TTGAATCAATTGGGACCTG |
aF and R indicate forward and reverse strand of primers.
bThe expected sizes of PCR fragments are measured based on the sequence of
cRestriction enzyme generating
핵 내의 염색체 DNA를 대상으로 한 분자마커의 개발뿐만 아니라 엽록체의 전장유전체의 염기서열을 구명하고 엽록체 DNA를 대상으로 유전자형을 구분할 수 있는 종 특이적인 분자마커를 개발하는 것은 감자 신품종 육성에 기여할 수 있으며, 또한 유사 종의 식물들 간에 진화학적 연구에도 기여할 수 있다(Bohs and Olmstead 1997; Hosaka and Sanetomo 2012). 특히, 감자의 경우 신품종 육성에서 다양한 근연야생종의 유용형질을 감자에 도입하고자 하는 노력이 지속적으로 이루어지고 있으나, 배수성과 EBN의 차이로 인한 교배육종이 정상적으로 이루어지지 않는 여건에서 원형질체를 이용한 체세포융합에 의한 체세포잡종을 육성하고 이를 신품종 육성에 활용하고 있어, 이 과정에서 잡종의 유전자형을 확인하는 작업이 반드시 필요하다. 앞서 보고된 연구결과에 의하면,
볼리비아 유래의 4배체 감자 야생종 중 하나인
이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. NRF-2021R1F1A1 045981).
J Plant Biotechnol 2022; 49(3): 178-186
Published online September 30, 2022 https://doi.org/10.5010/JPB.2022.49.3.178
Copyright © The Korean Society of Plant Biotechnology.
박태호
대구대학교 원예학과
Tae-Ho Park
(Department of Horticulture, Daegu University, Gyeongsan 38453, South Korea)
Correspondence to:e-mail: thzoo@daegu.ac.kr
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
The tetraploid Solanum acaule is a wild potato species from Bolivia widely used for potato breeding because of its diverse attractive traits, including resistance to frost, late blight, potato virus X, potato virus Y, potato leafroll virus, potato spindle tuber viroid, and cyst nematode. However, the introgression of useful traits into cultivated potatoes via crossing has been limited by differences in endosperm balance number between species. Somatic fusion could be used to overcome sexual reproduction barriers and the development of molecular markers is essential to select proper fusion products. The chloroplast genome of S. acaule was sequenced using next-generation sequencing technology and specific markers for S. acaule were developed by comparing the obtained sequence with those of seven other Solanum species. The total length of the chloroplast genome is 155,570 bp, and 158 genes were annotated. Structure and gene content were very similar to other Solanum species and maximum likelihood phylogenetic analysis with 12 other species belonging to the Solanaceae family revealed that S. acaule is very closely related to other Solanum species. Sequence alignment with the chloroplast genome of seven other Solanum species revealed four InDels and 79 SNPs specific to S. acaule. Based on these InDel and SNP regions, one SCAR marker and one CAPS marker were developed to discriminate S. acaule from other Solanum species. These results will aid in exploring evolutionary aspects of Solanum species and accelerating potato breeding using S. acaule.
Keywords: cpDNA, InDels, PCR-based marker, Potato, SNPs, Solanum acaule
볼리비아에 자생하는
엽록체의 유전체는 원형 이중가닥의 분자구조를 가지고 있으며, 속씨식물의 경우 약 115-165 kb의 크기로 두 개의 inverted repeats (IRs), 하나의 large single copy (LSC), 하나의 small single copy (SSC)를 포함하는 전형적인 4분할 구조로 되어 있다(Yurina and Odintosova 1998). Table 1에 제시한 바와 같이, 이미 감자뿐만 아니라 다양한 감자의 근연야생종을 대상으로 한 엽록체 유전체 연구가 진행되어 그 결과가 보고되었으며,
Table 1 . Comparison of the chloroplast genome sequence of
Species | Accession no. | Total Length (bp) | GC content (%) | Total No. of genes | No. of tRNA | No. of rRNA | Reference |
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MK036506 | 155,570 | 37.84 | 135 | 36 | 4 | this study | |
MK036507 | 155,531 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Park (2022) | |
MK036508 | 155,558 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Cho et al. (2019) | |
MF471372 | 155,549 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Kim and Park (2020b) | |
MF471373 | 155,567 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Kim and Park (2020a) | |
MF471371 | 155,532 | 37.89 | 136 | 36 | 4 | Kim and Park (2019) | |
KY419708 | 155,533 | 37.88 | 137 | 39 | 4 | Kim et al. (2018) | |
KM489054 | 155,525 | 37.88 | 133 | 33 | 4 | Cho et al. (2016) | |
KM489055 | 155,432 | 37.90 | 139 | 39 | 4 | Cho and Park (2016) | |
KM489056 | 155,312 | 37.88 | 130 | 30 | 4 | Cho et al. (2016) | |
DQ347958 | 155,371 | 37.88 | 133 | 30 | 4 | Daniell et al. (2006) | |
NC008096 | 155,296 | 37.88 | 131 | 36 | 4 | Gargano et al. (2005) |
모든 식물재료를 대상으로 기내에서 증식된 약 100 mg의 유식물체를 채취하여 Genomic DNA Extraction kit (Plants)(RBC, New Taipei City, Taiwan)를 이용하여 DNA를 추출하였다.
완성된
Table 2 . Information on primers and restriction enzymes used to generate
Marker name | Region | Sa | Primer sequence | Size (bp)b | REc |
---|---|---|---|---|---|
SA_InDel_3 | F | TCAATGGATTCATGATAAAG | 742 | as | |
R | TTTATGAAATTCAATAATAAAGC | ||||
SA_SNP_7 | F | ATTTCCTTTTCGATCGTTTC | 588 | ||
R | TTGAATCAATTGGGACCTG |
aF and R indicate forward and reverse strand of primers..
bThe expected sizes of PCR fragments are measured based on the sequence of
cRestriction enzyme generating
핵 내의 염색체 DNA를 대상으로 한 분자마커의 개발뿐만 아니라 엽록체의 전장유전체의 염기서열을 구명하고 엽록체 DNA를 대상으로 유전자형을 구분할 수 있는 종 특이적인 분자마커를 개발하는 것은 감자 신품종 육성에 기여할 수 있으며, 또한 유사 종의 식물들 간에 진화학적 연구에도 기여할 수 있다(Bohs and Olmstead 1997; Hosaka and Sanetomo 2012). 특히, 감자의 경우 신품종 육성에서 다양한 근연야생종의 유용형질을 감자에 도입하고자 하는 노력이 지속적으로 이루어지고 있으나, 배수성과 EBN의 차이로 인한 교배육종이 정상적으로 이루어지지 않는 여건에서 원형질체를 이용한 체세포융합에 의한 체세포잡종을 육성하고 이를 신품종 육성에 활용하고 있어, 이 과정에서 잡종의 유전자형을 확인하는 작업이 반드시 필요하다. 앞서 보고된 연구결과에 의하면,
볼리비아 유래의 4배체 감자 야생종 중 하나인
이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. NRF-2021R1F1A1 045981).
Table 1 . Comparison of the chloroplast genome sequence of
Species | Accession no. | Total Length (bp) | GC content (%) | Total No. of genes | No. of tRNA | No. of rRNA | Reference |
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MK036506 | 155,570 | 37.84 | 135 | 36 | 4 | this study | |
MK036507 | 155,531 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Park (2022) | |
MK036508 | 155,558 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Cho et al. (2019) | |
MF471372 | 155,549 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Kim and Park (2020b) | |
MF471373 | 155,567 | 37.87 | 135 | 36 | 4 | Kim and Park (2020a) | |
MF471371 | 155,532 | 37.89 | 136 | 36 | 4 | Kim and Park (2019) | |
KY419708 | 155,533 | 37.88 | 137 | 39 | 4 | Kim et al. (2018) | |
KM489054 | 155,525 | 37.88 | 133 | 33 | 4 | Cho et al. (2016) | |
KM489055 | 155,432 | 37.90 | 139 | 39 | 4 | Cho and Park (2016) | |
KM489056 | 155,312 | 37.88 | 130 | 30 | 4 | Cho et al. (2016) | |
DQ347958 | 155,371 | 37.88 | 133 | 30 | 4 | Daniell et al. (2006) | |
NC008096 | 155,296 | 37.88 | 131 | 36 | 4 | Gargano et al. (2005) |
Table 2 . Information on primers and restriction enzymes used to generate
Marker name | Region | Sa | Primer sequence | Size (bp)b | REc |
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SA_InDel_3 | F | TCAATGGATTCATGATAAAG | 742 | as | |
R | TTTATGAAATTCAATAATAAAGC | ||||
SA_SNP_7 | F | ATTTCCTTTTCGATCGTTTC | 588 | ||
R | TTGAATCAATTGGGACCTG |
aF and R indicate forward and reverse strand of primers..
bThe expected sizes of PCR fragments are measured based on the sequence of
cRestriction enzyme generating
Ju-Ryeon Jo ・Tae-Ho Park
J Plant Biotechnol 2024; 51(1): 158-166Seoyeon Son ・Tae-Ho Park
J Plant Biotechnol 2024; 51(1): 121-128Tae-Ho Park
J Plant Biotechnol 2023; 50(1): 34-44
Journal of
Plant Biotechnology