GBS(Genotyping-by-Sequencing)를 이용한 망개나무의 SNP 마커 개발

안지영*, 박주연, 우관수

(국립산림과학원 산림생명정보연구과)

Development of SNP(Single Nucleotide Polymorphism) markers of Berchemiella berchemiifolia Nakai by using GBS technique

Ji-Young Ahn*, Ju-Yeon Park, Kwan-Soo Woo

(Division of Forest Bioinformation, National Institute of Forest Science)

요약: 망개나무는 갈매나무과 망개나무속 낙엽활엽 소교목이다. 우리나라에는 충청북도와 경상북도 지역 일부에만 적은 수의 집단이 분포하고 있는 산림청 지정 희귀수종이다. 선행연구에서 망개나무 집단을 대상으로 Allozyme과 ISSR 마커를 이용하여 집단에 대한 유전변이 분석을 실시하였으나 유전적 다형성을 확인하지 못했다. 또한, 새롭게 개발한 Microsatellite 마커를 이용하여 분석한 결과 유전적 다형성이 매우 낮았다. 따라서 유전적 다형성을 확인할 수 있는 새로운 DNA 마커 개발이 필요하다. 본 연구는 GBS 기술을 이용하여 유전체 전체에 분포하고 있고 개체 간 다형성이 높은 단일염기다형성(SNP) 마커를 개발하고자 연구를 수행하였다. 망개나무 3집단 96개체를 대상으로 제한효소 ApeKI 을 사용하여 GBS library를 제작하였다. 제작한 library를 Illumina 시퀀싱 장비를 이용해 염기서열 분석을 실시하여 총 711,668,536개의 clean read를 얻었다. 생산된 read들을 선행 연구를 통해 얻은 망개나무 contig read들과 매핑하였으며 매핑율은 평균 92.5%였다. 개체 전체를 대상으로 SNP 매트릭스를 작성한 뒤, filtering과정(missing data < 30%, minor allele frequency(MAF) > 5%) 단계를 거쳐 최종 1,171개의 SNP를 선발하였다. 결론적으로 GBS 분석기술을 이용하여 유전적으로 다형적인 SNP마커를 얻을 수 있었다. 향후 망개나무 집단의 보존연구를 위해 유전다양성 분석에 활용할 예정이다.

Abstract: Berchemiella berchemiifolia is a deciduous broad-leaved tree species belonging to the Genus Berchemiella Rhamnaceae. In Korea, it is a rare species designated by the Korea Forest Service. It is known that populations were limitedly distributed in parts of Chungcheongbuk-do and Gyeongsangbuk-do. In previous studies, population genetic analyses were performed based on Allozyme and ISSR. We were also observed low genetic polymorphism based on Microsatellite markers. However, it could not found genetic polymorphism or low characteristics. So, it is required to develop novel DNA markers to detect genetic polymorphism. This study was conducted Genotype-by-Sequencing (GBS) analysis to develop a single nucleotide polymorphism (SNP) markers, which are distributed through genome-wide and have highly genetic polymorphism. The GBS libraries were constructed with restriction enzyme ApeKI for 96 individuals collected in the three populations. A total of 711,668,536 reads were generated by sequencing with lllumina platform. Generated reads were mapped to the contigs of B. berchemiifolia, which was analyzed by whole genome sequencing in our previous study. The average mapping rate was 92.5%. We were generated the integrated SNP matrix with the 96 samples. After the final filtering with missing data < 30% and minor allele frequency (MAF) > 5%, the 1,171 SNPs were selected. Conclusionally, we were able to develop novel genetic polymorphic SNP markers based on GBS analysis. It will be used for genetic diversity analysis for population conservation.

사사: 본 연구는 산림청 국립산림과학원 연구개발과제인 ‘산림생명자원 유전정보 구축 및 바이오지문 분석기술 개발(FG0601-2019-02)’의 지원에 의해 이루어진 것임.