Genome-based Fine Mapping of the Tomato spotted wilt virus (TSWV) Resistance Gene, Tsw, and Identification of a New Source of Resistance Against TSWV in Capsicum spp.

Abstract

토마토반점시듦바이러스 (Tomato spotted wilt virus

TSWV)는 전 세계적으로 고추 생산량에 영향을 주는 중요한 바이러스에 해당된다. TSWV에 대한 단일 우성 저항성 유전자인 Tsw는 Capsicum chinense에서 유래한 것으로 알려져 왔다. 그 가운데 Tsw 유전자에 연관된 분자표지들이 개발되었으나 다양한 고추 육종 소재에 대한 분자 육종에는 적용될 수 없었다. 본 연구에서는 토마토 및 고추 CM334 계통의 유전체 정보를 활용한 유전자 지도 작성, 저항성 및 이병성 계통 각각의 RNA 풀(pool)을 활용한 전사체 분석 및 염색체 워킹(chromosome walking) 방법을 통해 다양한 계통에 적용이 가능한 분자표지를 개발하였고 Tsw 유전자에 대한 유전자미세지도 작성을 수행하였다. C.annuum BAC 클론 서열로부터 선별된 고추 CM334 계통의 스캐폴드(scaffold)로부터 SNP165256, SNP3065253, SNP67464, SNP151705 등 4개의 단일염기다형성(SNP) 분자표지를 개발하였으며 이들 분자표지는 210개체로 이루어진 Telmo F2 집단 및 843개체로 이루어진 SP F2 집단에서 TSWV 저항성 특성과 공동분리하였다. 이를 통해 Tsw 유전자는 SNP165256와 SNP151705 분자표지 간 149kb 길이의 DNA 구역에 위치하는 것으로 확인되었다. 이 중 CC/TIR-NBS-LRR 류의 저항성 유전자로 예측되는 5개의 유전자인 mRNA-6, mRNA-7, mRNA-11, mRNA-12, mRNA-13가 동정되었다. 유전자 발현 실험을 통해 mRNA-13은 PI152225 계통에서는 발현되나 Special 계통에서는 발현되지 않음을 확인할 수 있었다. 또한 후보유전자인 mRNA-13은 C.annuum인 CM334와 C.chinense인 PI152225에서 89%의 상동성을 나타내었다. 이를 통해 mRNA-13은 Tsw 유전자의 강력한 후보 유전자로 판단할 수 있었다. 위와 같은 결과는 Tsw 유전자 동정 및 TSWV 저항성 품종 육성에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. Capsicum 속의 6개 고추 종에 속하는 487개의 유전자원 계통 및 30개의 상용 F1 품종에서 TSWV에 대한 저항성을 평가해 본 결과 C. chinense에 속하는 AC09-207 계통이 새로운 저항성 소재로서 발굴되었다. 유전 분석, 분자표지 활용 분석 및 대립유전자 간 상관관계 분석을 수행한 결과 AC09-207의 저항성 유전자는 Tsw 유전자좌에 위치하는 새로운 대립유전자이거나 Tsw 유전자좌에 매우 가깝게 위치하는 새로운 유전자일 것으로 판단할 수 있었다.

Tomato spotted wilt virus (TSWV) is an important viral disease affecting pepper production worldwide. A single dominant resistance gene to TSWV, Tsw, has been known to originate from Capsicum chinense. In this study, comparative mapping, pooled transcritpome analysis and chromosome walking approaches were applied for genome-based fine mapping of the Tsw gene. Based on pepper scaffold sequences from the C. annuum genome database, four SNP markers including SNP165256, SNP3065253, SNP67464, and SNP151705 showed no recombination in two mapping populations of F2 Telmo (210 individuals) and SP (843 individuals). The Tsw gene was defined within 149 kb between two co-segregating markers, SNP165256 and SNP151705. A total of 22 predicted genes were resided in the target region. Of those, five predicted genes including mRNA-6, mRNA-7, mRNA-11, mRNA-12, and mRNA-13 showing annotations of CC/TIR-NBS-LRR resistance proteins were identified. Gene expression study showed that the mRNA-13 was expressed in PI152225 but was absent in Special. This evidence demonstrated that the mRNA-13 could be a strong candidate gene for the Tsw gene. This result will be useful for cloning the Tsw gene and developing TSWV resistant cultivars. Discovering a new resistance gene source against TSWV from the Capsicum germplasm collection is necessary for pepper breeding programs because the Tsw gene has been overcome by field isolates. A new resistance source, C. chinense AC09-207, was identified and characterized when a set of pepper germplasm collections comprising 487 accessions from six Capsicum species and 30 commercial F1 hybrids was evaluated in this study. Molecular marker analyses and genetic allelism tests showed that the resistance gene in C. chinense AC09-207 was a single dominant gene which may be either a novel allele at the Tsw locus in C. chinense 'PI152225' or controlled by a different gene tightly linked to Tsw.