Construction of Pepper Core Collection and GWAS for Various Agronomic Traits in Capsicum

Abstract

전장유전체연관분석(GWAS)은 농업적 주요 형질에 관련된 유전적 변이를 확인할 수 있는 효과적인 연구방법이다. 복잡한 표현형 형질에 연관된 유전지역을 찾기 위한 GWAS 수행을 위하여 분석 재료로써 고추 핵심 집단을 구축하였다. 핵심집단이란, 전체 자원의 유전적 다양성을 최대로 확보하면서 최소 규모의 자원수로 이루어진 식물 집단을 일컫는다. 본 연구에서는 고추 유전체에 고루 분포하는 전사체 기반 48개의 단일염기다형성(SNP) 마커와 32가지 표현형 형질을 이용하여 3,821점의 유전자원 중에서 총 240점의 유전자원을 체계적으로 선발하여 핵심집단을 구축하였다. <br/> GWAS 수행을 위하여 핵심집단에 극단적인 표현형을 갖거나 유용형질들을 지닌 111점의 유전자원을 추가한 전체 351점의 GWAS 집단을 구축하였고, GBS 유전형 분석방법을 이용하여 전체 고추 유전체를 아우르는 507,713개 고효율 SNP 마커를 선발하였다. 비편형연관(LD) 분석을 통해 얻어진 평균 하플로타입의 크기는 81.2kb 이었다. GWAS 수행에 사용한 농업적 형질은 총 13가지로, 4개의 주동유전자적 형질(착과방향, 과면주름, 경연모, 경색)과 5가지 과실형태관련 형질(과장, 과폭, 과중, 과육두께, 주당과수), 4가지 식물 성장에 관련된 형질(주경장, 경경, 엽장, 엽폭)로 이루어져 있다. 3년동안 반복 조사한 13가지 농업적 표현형 형질을 이용하여 GWAS를 수행한 결과, 총 620개의 표현형 연관 SNP이 최소 2년치 연관분석결과에서 공통적으로 발견되었으며, 이 중 573개의 SNP이 343개의 하플로타입 구간 내에 포함되어 있음을 확인하였다. <br/> GWAS 결과로 발견된 표현형 연관 유전지역은 기존에 보고되었던 양적조절유전자좌(QTL)와 비교하여 연관성을 검증하였으며, 또한 분석형질 조절에 관여하는 후보 유전자를 추려내기 위하여 343개의 하플로타입 구간과 일부 하플로타입으로 묶여 있지 않는 47개 연관 SNP 주변 81.2kb 지역에서 전사 가능한 유전자들을 탐색하고 구간 내 유전자들의 기능을 예측하였다. 그 결과, 총 679개의 유전자들이 13가지 농업형질 연관 유전자좌에서 발견되었으며, 과실형태 관련 형질들에는 주로 ATP 결합에 관여하는 ABC 수송체(ABC transporters)나 성장 반응 인자 (Growth response factors