Genetic diversity of Indian lettuce (Lactuca indica Linn.) and in vitro propagation

Abstract

국화과에 속하는 왕고들빼기(Lactuca indica L.)은 주요 약용 야생식물로서, 아직가사화와 육종, 그리고 약학적 이용성에 대한 연구가 많이 수행되지 않았다. 최근에 이르러서야 전사체 및 대사체 분석을 통한 데이터의 양산으로 유전적, 육종적 그리고 약학에 이르는 연구를 가능하게 만들었다. 재배종으로의 개발과 고들빼기 육종 향상을 위해서는 야생종의 유전적 다양성을 조사하는 것이 중요한 의미를 갖는다. 더 나아가 이를 위해 기내 증식 실험 기반의 확보는 상업적인 재배와 다양한 생물학적 이용에 기여 할 수 있다.<br/> <br/> 이에 본 연구는 먼저 왕고들빼기 전사체 염기서열 데이터로부터 유전자영역에 있는 단순반복염기서열(simple sequence repeat [SSR]) 표지들을 개발하여 유전적 다양성을 연구하며 마커의 양도성을 연구하였고, 유전적 다양성과 농업적인 특성을 분석하기 위해 형태학적 특성들을 조사 하였다.새로이 개발된 SSR 표지들은 높은 다형성을 나타내었고, 유전자 좌당 10.83 대립형질을 보였고, 평균 기대이형접합성율은 0.76 으로 관찰치(0.39)보다 높았고 변이의 대다수는 지역간 보다 지역내 개체간에 존재하였다. 이는 높은 유전적 다양성을 의미한다. 집단구조, 계통도 그리고 주성분 분석에서 L. indica 수집종들은 약간의 혼잡이 있지만 북부와 남중부 두 개 집단으로 나뉘어 졌고 몇몇 수집종들은 L. sativa 와 L. serriola 와 유전적 관련성을 보였다.<br/> <br/> 한편, 73 개 수집종들중 38 개 수집종들에 대해 농업 형태학적 특성을 조사하고 이것들에 대한 다양성을 분석하였다. 모든 형질에 대해 유전적 평균분산제곱은 유의미하였고 (P<0.001) 이는 수집종들간 높은 변이를 의미한다. 모든 형질들에서 높은 광의의 유전력(>60%)을 나타내었다. 높은 백분율평균으로서의 유전적 진전(genetic advance as percentage mean [GAM])을 보인 형질들(엽장, 엽폭, 분지수, 마디수, 초장, 기부와 중간 마디 간격, 천립중 등)은 상가적 유전자 효과(additive gene effect)을 보이고 이는 표현형적 관찰을 토대로 한 선발은 이러한 형질들의 보다 좋은 개선을 위해 효과적임을 의미한다. 중간정도의 GAM 을 보이는 형질들(추대기간, 개화기, 결실률, 종자성숙 등)은 교잡과 선발을 통해 생산성 향상에 기여할 수 있다. 수집종 8 번과 55 번은 우수한 농업 형태적 특성을 보이므로 추후 연구 및 육종을 위한 좋은 재료가 될 수 있다.<br/> <br/> 본 연구는 또한 왕고들빼기의 조직배양을 통한 효율적인 육종을 위하여 기내 증식 방안에 대한 연구를 수행하였다. 앞선 연구에서 우수한 농업 형태적 특성을 보이는 왕고들빼기 수집종 55 번으로부터 잎과 엽병을 재료로 사용하여 Murashige & Skoog (MS) 배지를 기본으로 하여 다양한 농도의 6- benzylaminopurine (BAP)와 indole-3 acetic acid (IAA)를 첨가하여 조직배양을 수행하였다. 0.5 mg L-1 BAP 와 1.2 mg L-1 IAA 를 첨가한 MS 배지에서 신초생성이 가장 좋았고, 4 mg L-1 BAP 와 1.2 mg L-1 IAA 를 첨가한 MS 배지에서 캘러스 유도가 가장 좋게 나타났다. 1.5 mg L-1 BAP 와 0.5 mg L-1 IAA 를 첨가한 배지에서 캘러스 재생이 가장 우수하였고 기내발근유도에 가장 효과적인 호르몬 농도는 1 mg L-1 IAA 이었다. 또한 식물의학적 연구에서 조직배양 적용성을 알아보기 위해 실외 그리고 기내에서 자란 조직들로부터 lactucin 을 함량을 비교하고 항세균성을 조사하였다. 모든 조직들의 추출물에서 lactucin 이 탐색되었고 한천절편확산(agar disc diffusion) 방법을 통해 Pseudomonas fuscovaginae (벼 병균)과 Escheriea coli 에 대한 항세균성을 확인하였다.<br/> <br/> 본 연구에서는 왕고들빼기 전사체 염기서열로부터 SSR 마커를 개발하고 한국 왕고들빼기 수집종 집단에 대해 SSR 마커와 여러 농업 형태적 형질들을 조사하여 유전적 다양성을 분석함으로써 왕고들빼기의 상업적 재배를 위한 육종 프로그램에서 선발 도구와 유용한 재료로 사용될 수 있을 것이다. 또한 본 식물의 보존과 식물의학적 활용을 위한 기내 증식 체계를 확립하였다.