뉴질랜드 유칼립투스 육종 프로그램에서  Eucalyptus bosistoana의

집단 유전구조와 다양성 패턴 연구

김설종1*, 신한나1, 오창영1, Pieter Pelser2

(1국립산림과학원 임목자원연구과, 2캔터베리대학교 생명과학과)

Patterns of population genetic structure and diversity

in Eucalyptus bosistoana breeding program in New Zealand

Seoljong Kim1*, Hanna Shin1, Changyoung Oh1 and Pieter Pelser2

(1Forest Tree Improvement and Biotechnology Division, National Institute of Forest Science,

2School of Biological Sciences, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand)

요약: 뉴질랜드에서는 자국 내 온난건조한 동해안 지역에서의 목재 생산을 위해 유칼립투스 육종 프로그램을 진행하고 있으며, 강한 목재 내구성을 가지는 Eucalyptus bosistoana를 대상 수종으로 활용하고 있다. 육종 프로그램의 주요 단계로서 E. bosistoana의 집단 유전구조와 다양성 패턴 분석을 수행하였다. 2008년부터 2012년까지 호주에서 수집된 E. bosistoana 종자를 파종하여 총 178가계의 잎 시료를 채취하였으며, ‘Eucalyptus 72kSNP Axiom Array’을 사용하여 이들의 유전자형을 분석하였다. 이를 통해 E. bosistoana 집단의 유전 구조 패턴을 식별하고, 유전적 다양성을 평가하였다. 또한, 기존에 수집된 가계와 형태적으로 다르거나 알려진 분포 지역 이외의 지역에서 수집된 종자 유래 육종 가계의 종 동정을 실시하였다. 그 결과, 일부 개체군은 E. melliodora로 확인되었으며, E. bosistoana와의 잡종화 유전 패턴이 관찰되었다. STRUCTURE 분석을 통해 종자의 수집 지역이 지리적으로 떨어져 있음에도 불구하고 수집 지역간 유전적 구조가 약하고 거리에 따른 유전적 구분은 통계적으로 유의함을 알게 되었다. 다른 한편으로 새롭게 발견된 서부 지역의 일부 집단은 동일 종의 주요 집단과 유전적으로 유사함을 확인하였다. 이러한 결과를 활용하여 근친교배나 유전다양성 손실을 최소화할 수 있도록 다양한 집단 내 개체를 교배 후보군으로 선발할 수 있을 것이다.

Abstract: Eucalyptus bosistoana is a key breeding species of the NZDFI (New Zealand Dryland Forests Innovation), which aims to establish forestry plantations of ground-durable, high-value timber hardwoods in warmer dry environments of New Zealand’s east coast regions. Seeds collected between 2008-2012 in Australia from trees identified as E. bosistoana were grown in breeding trials in New Zealand. To inform the NZDFI breeding program, leaf samples of 178 breeding families of the species were genotyped using a ‘Eucalyptus 72kSNP Axiom array’ 1) to identify patterns of genetic structure of the E. bosistoana population; 2) to assess the genetic diversity of populations of E. bosistoana; 3) to determine the taxonomic and genetic identity of breeding families that are morphologically deviating from other E. bosistoana families or that were grown from seeds collected outside the known distribution area of E. bosistoana. As a result, some populations of E. bosistoana labelled individuals within the breeding program were identified as E. melliodora. Genetic patterns of hybridization between two species were observed. Although samples originated from a wide geographic range of localities in Australia, STRUCTURE analysis suggested only weak genetic structure among E. bosistoana collection sites. However, isolation by distance among the collecting sites of the species was statistically significant. Additionally, we identified previously unrecorded populations of E. bosistoana in the western Victoria are genetically similar to major populations of the same species. To maximize the benefits of currently identified genetic structure, the breeders can select individuals from multiple populations to reduce the risk of inbreeding or loss of genetic diversity, ensuring the long-term viability of the breeding population.

Keyword: Eucalyptus bosistoana, population genetics, SNP array, breeding program