Genoytping-by-Sequencing을 이용한 금강소나무 SNP 마커 개발

강정숙*, 이상현, 박성혁, 이동형, 안성모, 변준기, 한성경

(한국수목원정원관리원 국립백두대간수목원 백두대간보전실)

Genome-wide SNP discovery and marker development

in Pinus densiflora f. erecta using Genotyping-by-Sequencing

Jeongsuk Kang*, Sang-Hyun Lee, Sung-Hyuk Park, Dong-Hyoung Lee, Sung-Mo An, Jun-Gi Byeon,

Sung Kyung Han

(Baekdudaegan National Arboretum, Korea Arboreta and Gardens Institute)

요약: 금강소나무(Pinus densiflora f. erecta)는 백두대간을 따라 분포하며, 수간이 곧고 지하고가 높아 경제적 가치가 높은 소나무 품종이다. 그러나 최근 기후변화와 외부 요인에 의한 집단 고사 현상이 지속적으로 관찰되고 있어 보전 및 관리 대책 마련이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 금강소나무 집단의 보전유전학적 연구를 위하여 금강소나무 8집단 48개체를 대상으로 GBS(Genotyping-by-Sequencing) 기술을 이용한 SNP 마커 탐색을 수행하였다. 제한효소 PstⅠ-MspⅠ를 사용하여 double-digest GBS library를 제작하였고, Illumina NovaSeq X 장비를 이용하여 차세대 염기서열 분석을 수행하여 총 2,697,603,456개의 151 paired-end read를 확보하였다. Demultiplexing 및 trimming 과정을 거친 read들을 참조 유전체(Pinus tabuliformis_GCA_031772625.1)에 정렬한 결과 약 80% read가 mapping되었다. 10,002,270개의 통합 raw SNP matrix를 작성한 뒤, MAF(Minor Allele Frequency) > 5%와 missing data < 30% 조건을 적용한 필터링을 통해 최종적으로 77,052개의 SNP를 선발하였다. 확보된 SNP 마커는 향후 금강소나무의 보전전략 수립을 위한 집단 유전다양성 분석에 활용할 예정이다.

Abstract: Pinus densiflora f. erecta, which is distributed along the Baekdudaegan Mountain Range, has held significant historical, cultural, and economic value. It is characterized by its straight and tall trunk and narrow crown. Recently, the increasing mortality of P. densiflora f. erecta due to climate change and other environmental stressors have been observed, emphasizing the urgent need for effective conservation and management strategies. In this study, we performed Genotyping-by-Sequencing (GBS) analysis on 48 individuals from 8 populations to identify large-scale SNP markers for assessing the genetic diversity of P. densiflora f. erecta. A double-digest GBS library was prepared using the restriction enzymes PstI and MspI, followed by next-generation sequencing (NGS) on the Illumina NovaSeq platform. Approximately 417 Gb of raw reads were generated and aligned to the reference genome of P. tabuliformis (GCA_031772625.1), from which 10,002,270 SNP loci were identified. We performed subsequent SNP filtering using the criteria of a minor allele frequency (MAF) > 5% and missing data < 30%, resulting in the identification of 77,052 high-quality SNP markers. This study demonstrates that large-scale SNP data were obtained through genome-wide analysis using GBS for the genus Pinus, which has a genome exceeding 20 Gb. These results are expected to enable detailed evaluations of genetic diversity and contribute to future research on the conservation genetics of P. densiflora f. erecta forests in Korea.

사사: 본 연구는 한국수목원정원관리원 기술과제 「백두대간 금강소나무림의 산림생태계 평가 연구(2024-KS-OB-1-1-1-10)」의 일환으로 수행되었음