Study of genotyping for bruchid resistance gene by AFLP in mung bean (Vigna radiata [L.] wilczek) : AFLP에 의한 녹두의 팥바구미 저항성 유전자에 대한 유전자형 연구

Abstract

녹두는 아시아의 대표적인 콩과류 작물로서 생산량의 50-60% 정도가 해충인 바구미(팥바구미)에 의해 손실되고 있다. 저항성 야생종인 V2709와 감수성 재배종인 전남4, 선화 간의 교배를 통해 새로운 녹두 품종으로 개발된 장안녹두(수원28)는 바구미(팥바구미)에 대한 저항성을 가지고 있음을 생리적인 방법으로 확인하였다. 그러므로 수원계통(장안녹두)에 TC1966과는 다른 저항성을 가지는 V2709의 바구미 저항성 유전자(BR gene)가 도입된 것으로 유추되고 있다. 따라서 본 연구에서는, V2709의 바구미 저항성 유전자의 존재, V2709 바구미 저항성 유전자의 수원계통으로 도입 및 V2709와 TC1966의 바구미 저항성 유전자의 차이를 분석하기 위해 미토콘드리아 DNA 유전자 염기서열 분석과 AFLP에 의한 유전자형 분석을 수행하였다. 1. 미토콘드리아 DNA 유전자의 염기서열 분석 결과, 분석된 1,800bp의 Cox1은 육종계통인 수원계통과 모계인 전남4호 및 선화녹두와의 상관관계가 부계인 V2709보다 더 높은 것으로 나타났다. 분석된 528bp의 Atp6와 386 bp의 Cox2의 경우도 Cox1과 같은 결과를 보이고 있다. 이는 수원계통의 유전적 모체가 바구미 저항성 유전자를 제외하고는 거의 모계 유전자와 동일하다는 것을 나타낸다. 2. 3개의 primer 조합에 의해 AFLP 결과는 총 454개의 절편(평균±표준편차, primer 조합당 151.3±5.5 개 형성), 311개의 다형현상 절편(68.5%, 평균±표준편차, primer 조합당 103.6±10.8 개 형성), 16개의 바구미 저항성 유전자 후보인자에 특이적인 절편, 13개의 V2709와 TC1966에 특이적인 절편, 그리고 36개의 TC1966에 특이 절편등, 100-500bp 크기의 절편들이 형성되었다. 이러한 절편들은 바구미 저항성 유전자에 대한 후보인자로 유추되며 이는 V2709에 존재하는 바구미 저항성 유전자의 수원계통에 대한 유입을 나타낸다고 할 수 있다. 3. Dice 계수에 의해 산출된 녹두계통간의 유전적 상동성은 0.6에서 0.9에 이른다. 이 유전적 상동성을 이용한 cluster 분석은 2개의 대그룹-TC1966과 부모계와 육종계를 포함하는 한국 녹두 그룹으로 나뉜다. 한국 녹두그룹은 2개의 소그룹- 저항성 부계 그룹(V2709) 그리고 감수성 모계 그룹(전남4와 선화) 및 2 소그룹의 육종계 그룹(수원 29, 30 그리고 28-장안-)으로 구성되는 소그룹 으로 나뉜다. 이는 V2709와 TC1966, 저항성 형(부계와 육종계) 그리고 감수성 형(모계)간에 서로 다른 유전자형을 나타낸다. 이와 같이 미토콘드리아 DNA 유전자 염기서열과 AFLP를 이용하여 V2709의 바구미 저항성 유전자는 TC1966과는 비교적 다른 V2709의 바구미 저항성 유전자로 존재하며 이는 수원계통(장안녹두)으로 유입되었음을 증명하였다. ; The mung bean(Vigna radiata [L.] Wilczek), an Asian leguminous crop is damaged 50-60% of yield because of insect-pest, a bruchid(Callosobruchus chinensis L.). The new mung bean, Jangan(Suwon 28) by breeding between resistant wild type, V2709 and susceptible cultivar types, Jeonnam4 and Sunhwa has a resistance against bruchid(C. chinensis L.). Suwon line(Jangan) is introduced Bruchid Resistance gene(BR gene) in V2709 containing a different inhibitory effects from TC1966. To analyze for the presence of BR gene in V2709, BR gene in V2709 incorporation into Suwon line(Jangan) and difference of BR gene between V2709 and TC1966, genotyping using mitochondrial DNA gene sequencing and AFLP were performed. As results of mtDNA gene sequencing, the determined 1,800bp of Cox1 has a higher homology between breeding lines-Suwon line and maternal lines-Jeonnam4 and Seonhwa- than with paternal line-V2709-. The determined 528bp of Atp6 and 386 bp of Cox2 have same results shown in Cox1. It demonstrates that genetic background of Suwon is almost identical with maternal genes except for BR gene. AFLP results by 3 primer combinations provided 454 of total bands(mean±SE, 151.3±5.5 per primer combination), 311 of polymorphic bands(68.5%, mean±SE, 103.6±10.8 per primer combination), 16 of specific bands for BR gene candidate, 13 of specific bands for V2709 and TC1966, 36 of specific bands for TC1966 in the size range from 100bp to 500bp. V2709 DNA fingerprints has 16 identical bands of Suwon(breeding line) DNA fingerprints which is absent in Jeonnam4 and Seonhwa(maternal lines) among polymorphic fragments. These fragments are inferred to candidate fragments of BR gene and it could be indicated that BR gene in V2709 was incorporated into Suwon. The genetic similarity(GS) between mung bean lines was calculated by Dice coefficient ranged from 0.6 to 0.9. Using GS, the cluster analysis was grouped into 2 major groups- TC1966 and Korean mung bean group containing parental and breeding lines. The Korean mung bean group was derived 2 subgroups- resistant paternal group(V2709) and a group consisting of susceptible maternal group(Jeonnam4 and Seonhwa) and 2 subgroups of breeding groups(Suwon 29, 30 and 28-Jangan-). It demonstrates different genotypes between V2709 and TC1966, resistant types(paternal and breeding lines) and susceptible types(maternal lines). Finally, the presence of different BR gene in V2709 comparison with TC1966 and BR gene in V2709 incorporation into Suwon line(Jangan) was proved using results of mtDNA gene sequencing and AFLP.