한국 소나무류 SNP 분석 및 array 개발

천경성*, 이경미, 이일환

(국립산림과학원 임목자원연구과)

SNP analysis and array development in Korean Pinus

Kyeong-Seong Cheon*, Kyungmi Lee, Il-Hwan Lee

(Department of Forest Bio-resources, National Institute of Forest Science)

요약: 소나무속은 장기간의 육종주기가 소요되므로 세계적으로 유전체 선발과 같은 가속육종 기술 개발이 시도되고 있다. 유전체 선발에 적합한 모델을 개발하기 위해서는 대상 수종의 유전형 분석기술이 요구되나 국·내외에서 개발된 유전형 대량 분석기술 및 정보는 미미하다. 따라서, 이 연구에서는 한국의 소나무속(소나무와 곰솔)을 대상으로 유전형을 대량 분석할 수 있는 단일 염기 다형성(SNP) 어레이 개발을 수행하였다. 수종당 수형목 30개 클론으로부터 염기서열을 생산(illumina 10X/개체)하고 P. densiflora 유전체 정보(스캐폴드 수준)를 이용하여 소나무와 곰솔에서 SNP를 추출하였다(raw SNPs). 추출된 SNP를 필터링(call rate, depth, MAF 및 PIC 기준)한 후 SNP 주변염기서열(~71mer)과 P. densiflora 염색체 수준의 유전체 정보를 이용하여 추가적인 필터링(한 영역에서만 맵핑, 100bp 내의 인접 변이 제거 및 상동성 기준)을 통하여 수종당 250K SNPs를 선발하였다. 선발된 SNP를 대상으로 in silico 분석을 통해 프로브 성능 기준으로 120K SNPs를 선발한 후, array 제작 및 분석을 통하여 소나무 및 곰솔을 대상으로 유전형을 분석할 수 있는 43K SNP array를 개발하였다. 개발된 SNP array는 소나무와 곰솔의 유전체 예측모델 및 형질연관 분자마커 개발 등 가속육종 기술 개발에 활용할 계획이다.

Abstract: Accelerated breeding, such as genomic selection, is grobally challenging in Pinus because of long breeding cycles. High-throughput genotyping is essential to develop suitable model for genomic selection in the target species; however, genomic information and genotyping technologies are limited. In this study, we attempted to develop a single nucleotide polymorphism (SNP) array for high-throughput genotyping of Korean pine species (P. densiflora and P. thunbergii). Sequence data was generated from 30 clones of each species using Illumina platform (10X per individual), and raw SNPs were extracted from both pine species using the P. densiflora genome (scaffold level). Initially, 250K SNPs were selected by call rate, depth, MAF, and PIC. Subsequently, SNPs were selected using the flanking sequences (~71mer/SNP) and chromosomal-level genome of P. densiflora (mapping to a single region, removal of adjacent variants within 100bp, and homology). After 120K SNPs were selected by in silico analysis to evaluate probe performance, 43K SNP array, which is able to analyze genotypes in P. densiflora and P. thunbergii, was developed though anlaysis of 120K Axiom SNP array. The developed SNP array will be utilized in the development of genomic prediction models and DNA markers, contributing to the advancement of accelerated breeding technologies for these species.

사사: 본 연구는 산림탄소흡수 증진을 위한 차세대 분자육종 기반 용재수종 가속육종 연구( FG0400-2022-01-2024)의 지원에 의해 이루어진 것임.