한국산 곰취류 자생종 및 신품종의 엽록체 전장유전체 비교

김재영*, 조원범, 황환수, 김태훈, 양병훈

(국립산림품종관리센터 품종심사과)

Comparative analysis of the chloroplast genome sequence in new varieties and wild Ligularia fischeri complex from Korea

Jae young Kim*, Won-Bum Cho, Hwan Su Hwang, Tae Hoon Kim, Byeung Hoon Yang

(Department of variety examination, National Forest Seed & Variety Center)

요약: 곰취, 곤달비 등 곰취류는 동아시아에서 오래전부터 식용되어온 중요한 산채 중 하나이며 최근 한국산 곰취류에서 많은 신품종들이 개발되어 시장에서 유통되고 있다. 하지만, 육종과정에서 이들 간에 유전적 교잡이 빈번하게 일어나 상당한 혼란이 야기되고 있고 중국산 곰취류 중 일부 종에는 인간과 동물의 건강에 해를 주는 pyrrolizidine alkaloids 성분이 포함된 것이 확인되어 이들을 정확히 식별하는 것이 매우 중요한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 곰취류 4개의 자생종과 신품종 6개의 엽록체 전장유전체 분석을 통해 이들의 유전적 특성을 규명하였다. NGS 분석을 통해 얻어진 전체 read들에서 엽록체 유전체의 염기서열을 추출하고 유전체 서열을 조립하였다. 아울러, 엽록체 유전체의 다형성에 기반한 후보 마커를 개발하여 제시하였다. 비교분석 결과, 곰취 복합체의 엽록체 유전체 길이는 151,180bp(품종; 태곰)∼151,226bp(자생종; 평창)로 길이 변이가 확인되었다. 유전자 구조와 GC 함량 등은 품종 간 유사하게 나타났으며, 엽록체 유전체 전 구간에 걸쳐 총 109개의 SNP와 49개의 Indel이 확인되었다. 또한, IR구간은 LSC구간 또는 SSC구간보다 변이가 없었으며, non-coding구간은 coding구간보다 변이가 더 많은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과들은 곰취류 신품종을 개발하는 육종가들에게 기초자료로 활용될 것이며 개발된 후보 마커들은 국내 곰취류 신품종들을 구별 및 판별하는데 유용한 수단이 될 것이다. 아울러, 좀 더 정밀하고 체계적인 품종을 구별하기 위한 마커로 활용되기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.

Abstract: The Ligularia fischeri complex is an important edible wild plant in East Asia that has been consumed for a long time. A lot of new varieties of Korean Ligularia species have been developed and distributed in the market. But, frequent genetic hybridization among them and numerous taxonomic issues have caused considerable confusion. As some China Ligularia species contain pyrrolizidine alkaloids of these species which are hazardous to human and animal health, it is important to identification. In this study, we characterized the chloroplast genome sequences of 4 wild type Ligularia fischeri complex(L. fischeri; Pyeongchang, Jeju, L. stenocephala; Daejangdo, L. fischeri var. spiciformis; Pyeongchang) and 6 varieties(‘Sammany’, ‘Damogy’, ‘Taegom’, ‘Dunnaegondalbi’, ‘Dumehyang’ and Variety A on examination). The chloroplast genome data obtained by next-generation sequencing were assembled, annotated, and comparatively analyzed. Additionally, the candidate markers based on polymorphisms in the chloroplast genome sequence were developed and provided for the identification of L. fischeri varieties. The total chloroplast genome lengths of L. fischeri complex ranged from 151,180 bp (Taegom) to 151,226 bp (wild L. fischeri; Pyeongchang). Comparative analysis of these chloroplast genome sequences revealed that gene structure, and GC content were highly conserved, with a total of 109 SNP(Single Nucleotide polymorphism)s and 49 Indel(insertion-deletion)s identified. As a result, The genome comparison showed that the IR(inverted-repeat) regions were more conserved than the LSC(large single copy) or SSC(small single copy) regions, while the non-coding regions contained higher variability than the gene coding regions. The results obtained from this study will serve as fundamental data for breeders developing new cultivars of L. fischeri, and the candidate markers will be useful tools for distinguishing and identifying new varieties of L. fischeri in Korea. Further research is needed to utilize these markers for more precise and systematic varieties identification.

Keyword: Ligularia fischeri complex, varieties, wild, chloroplast