마늘(Allium sativum L.) 염색체 DNA의 특성 조사와 유전적 변이의 탐지

Abstract

마늘(Allium sativum L.)은 주로 인경(bulbes)이나 주아(bulbils)로 번식하는 영양번식체로서 대표적인 불염성 식물로 알려진 작물이다. 이러한 영양번식체라는 특징때문에 교잡에 의한 연구가 어렵고, 유전적 특성에 의한 구분이 어려워 마늘에 대한 유전적 또는 분자생물학적인 연구는 많은 제약을 받아왔다. 본 연구는 식용 및 약리적 효과 등 다방면으로의 이용가치가 제시·연구되고 있으나 지금까지 잘 알려지지않은 마늘의 염색체 DNA의 특성을 조사하고, 지역종 사이의 유전적 변이를 DNA fingerprinting방법으로 탐지하였다. 조사된 염색체와 염색체 DNA의 기본적 특성은 다음과 같다. 화분모세포의 염색체를 관찰하여 마늘의 염색체 수가 8개임을 확인하였고, thermal denaturation과정으로 얻은 melting curve를 통하여 계산한 Tm값은 86℃이었으며, G+C 함량은 40.6%이었다. 마늘 염색체 DNA의 renaturation kinetics실험을 한 결과 highly repetitive sequence는 전체 DNA의 약 13%정도, middle repetitive sequence는 32%, slightly repetitive 또는 unique sequence가 52%에 해당하였다. 이러한 결과들은 마늘의 염색체 DNA가 일반적인 고등식물의 평균적인 DNA 특성과 유사함을 의미한다. 마늘의 유전자 변이를 구분하기 위하여 RAPD(Random Amplified Polymorphic DNA)분석방법과 RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)분석방법을 적용하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 단양, 문경, 서산, 의성 4개의 지역종을 대상으로 실시한 RAPD 분석의 결과는 지역종 각각의 band pattern사이의 유사성을 비교하여 다섯가지 유형으로 구분해 볼 수 있었다. 즉, 4개의 지역종 마늘이 모두 동일한 band pattern을 보이는 경우(type A)와 단양과 문경 지역종이, 서산과 의성 지역종이 각각 그 pattern이 동일한 경우(type B), 단양과 문경 지역종은 다소 차이가 있으나, 서산과 의성 지역종이 동일한 pattern을 보이는 경우(type C), 단양과 의성 지역종이, 문경과 서산 지역종이 서로 동일한 pattern을 나타내는 경우(type D), 그리고 4개 지역종의 마늘이 서로 상이한 pattern을 보이는 경우(type E)로 분류되었다. 4가지 지역종에 대해 동일한 pattern을 보이는 type A의 primer에 의한 band pattern은 마늘의 고유한 유전적 특성을 나타내는 것으로서 Allium 속에 속하는 산마늘, 파, 양파와 같은 다른 종들과 구별되었다. 네 지역종에 대해 모두 다른 pattern을 보이는 type E의 primer는 마늘 지역종을 구분하는데에, 그 외의 type B-D에 해당하는 primer는 지역종 사이의 근연관계를 분석하는데 유용하였다. 또한 일부의 primer는 화분에서 나타나는 염색체 이상에 의한 유전적 변이를 구분할 수 있었다. RFLP분석 방법을 이용하여 마늘의 지역종을 구분은 그 가능성은 확인되었으나, 감도가 RAPD분석 방법보다는 낮았다.;As Garlic long have been cultivated by vegetative propagation exclusively without sexual reproduction, its genetic background is not known well. To understand its genetic background, one of local clone, Dan-yang, was chosen and examined several important basic characteristics of its chromosomes and chromosomal DNA. Its (G+C) content was 40.6% and the relative proportion of repetitive and unique sequence from renaturation kinetics experiments are similar with those of other higher eukaryotes. Its karyotype was 2n=16. To distinguish genetic variations among cultivated local clones of garlic, DNA fingerprinting methods were applied for four local clones of garlic. The relationships of local garlic clones could be accessed by RAPDs methods. Amplified band pattern of four local clones using RAPD analysis could be divided into five types depending on similarity of band pattern. Type A : the band patterns of all local clones were same. Type B : the band patterns of DanYang and MunKung, SeaSan and UiSung were similar each other. Type C : the band patterns of DanYang and MunKung were different, but SeaSan and UiSung were similar. Type D : the band patterns of DanYang and UiSung, MunKung and SeaSan were similar each other. Type E : the band patterns of four local clones were distinguished one another. Accordingly primers of Type A can distiguish genetic variation among Allium species, primer of Type E can distinguish local garlic clones, and primer of Type B-D can reveal the genetic distance among its local garlic clones. Several primers also can be used to detect genetic variation by chromosomal aberration in pollen. As a different approaches, new markers was developed based on highly repetitive sequence and used for RFLP analysis. Even these marker can show the genetic variation among local clones, its sensitivity was not better than those of RAPD analysis.