Molecular and cytogenetical analysis of garlic genomes

Abstract

To understand of the genetic background of the garlic, applied two different methods, random amplified polymorphism DNA (RAPD) analysis and fluorescence in situ hybridization (FISH) technique were applied. Random amplified polymorphism DNA (RAPD) analysis was used to study genetic polymorphism among garlic local cultivars including 18 Korean local cultivars which is known to be sterile, and 11 Central Asia lines, which is known to be male sterile and fertile. Among RAPD bands amplified by three different arbitrary primers, the RAPD bands detected only in fertile lines are 0.56 kb, 1.0 kb, and 1.4 kb band in size generated by Y12, Y2 and Y4 primer, respectively. As a result of the Southern analysis and the reverse slot blot analysis, 0.56 kb band amplified by Y12 primer were shown to be specific to a fertile line. As an cytogenetical approach, BAC library of DanYang garlic cultivar was constructed by using the pIndigoBAC536 vector. Total 129 clones were obtained form transformation of 1/50 fraction of the ligation mixture. Average size of 47 clones contained relatively large insert was about 97 kb. Seventeen BAC clones out of 47 showed strong positive hybridization signals on Southern bolt analysis using garlic genomic DNA as a probe. The fluorescence in situ hybridization (FISH) technique was performed to assign chromosomal location of garlic BAC clones. GBC5e, one of the BAC clones (100 kb), and 5S rDNA gene were detected on the same chromosome by two-color FISH, indicating that the GBC5e can by a cytogenetic DNA maker for chromosome 7. GBC4d, another BAC clones (110 kb), gave rise to two different hybridization signals on a prometaphase chromosome. However, the location of hybridization can not be assigned due to the difficulty of Karyotyping in the FISH condition used.;마늘(Allium sativum L.)은 경제적으로 매우 중요한 작물임에도 불구하고, 그 유전적 배경에 대한 충분한 연구가 되어 있지 않았다. 이는 마늘이 불임성으로 영양번식을 통해 재배되는 특성에서 기인한다. 이 특성 때문에 마늘은 품종간의 교잡을 통한 연구를 수행할 수 없었던 것이다. 본 연구는 이러한 마늘의 유전적 배경을 이해하기 위해 이루어졌다. 연구에 적용되어진 기술은, RAPD 기법과 FISH 방법이며, 이를 바탕으로 분자적·세포유전학적인 연구를 수행하였다. 우리 나라에서 재배하고 있는 지역 품종은 불임성으로 알려져 있으나, 중앙아시아산 몇몇 품종의 경우 가임성으로 보고 되었다. 이 두 지역 재배 품종간의 DNA polymorphism을 조사하기 위해 RAPD 분석을 실시하였다. 우리나라의 18 지역품종과 중앙아시아의 11 지역품종 사이의 RAPD분석 결과, 가임성 품종에 특이한 세 개의 밴드가 존재하고 있었다. 가임성 품종의 이 특이한 밴드들은 각각 Y2, Y4, Yl2 primer에 의해 증폭된 RAPD 산물 중에서 그 크기가 1.0 kb, 1.4 kb, 0.56 kb인 밴드들이다. 0. 56kb 밴드의 clone인 Y12F2Cl은 가임성 특이한 RAPO marker로 이용될 수 있을 것이다. chromosome specific FISH probe의 개발을 위하여, 먼저 단양 마늘의 BAC library를 제작하였고, 그 BAC 클론들의 특성을 분석하였다. 비교적 큰 사이즈의 47 BAC 클론들 중에서 repetitive sequence를 적게 포함하고 있는 두 개의 BAC clone을 선별하였다. 이들 BAC 클론인 GBC5e와 GBC4d을 FISH probe로 마늘의 5S rDNA 와 함께 two-color FISH를 수행하였다. 그 결과로 GBC5e는 7번 염색체의 장완에 위치하였다. 따라서, GBC5e는 마늘의 7번 염색체에 특이적인 cytogenetic DNA marker이다. 또한, 전중기 염색체 상에서 한 쌍의 FISH signal을 나타내는 GBC4d의 경우도 염색체 특이적인 cytogenetic DNA marker로서 이용될 수 있을 것이다.