Detection of Variations in Non-coding Chloroplast Regions for Identification of Highbush Blueberries and Wild Vaccinium Species

Abstract

The sequences of trnL intron and rps15-ycf1 intergenic spacer in chloroplast genome of 18 highbush blueberry cultivars and 7 wild Vaccinium species were analyzed to identify variations. The length of the trnL intron for all accessions examined ranged from 491 to 497 bp. There were 16 substitutions and 5 indels among them. Structural analysis of trnL intron showed that these variations were located on P5, P6b, and P8. In the case of P5 and P6, there were variations including indels and substitutions, thus these led structural change among the accessions. In the case of P8, there were 11 substitutions. All 7 wild Vaccinium species were discriminated independently using sequence variations of trnL intron, while 18 highbush blueberry cultivars were discriminated into two groups. The first group included Berkeley, Bluecrop, Blueray , Coville, Darrow, Dixi, Eliott, Elizabeth, Jersey, Northblue, Northland, Patriot, Sierra, and Spartan and the second group included Chandler, Duke, Rancocas, Sunrise. In the analysis of rps15-ycf1 intergenic spacer, mononucleotide repeat variation was detected only in one nucleotide position. Elizabeth, Jersey, and V. koreanum had (T)5 nucleotides, while the other species and cultivars had (T)6 nucleotides in front of initiation codon (ATG). Based on variations of two non-coding chloroplast region, trnL intron and rps15-ycf1 intergenic spacer, 18 highbush blueberry cultivars were classified as Elizabeth and Jersey in the first group; Chandler, Duke, Rancocas, and Sunrise in the second group; Berkeley, Bluecrop, Blueray, Coville, Darrow, Dixi, Eliott, Northblue, Northland, Patriot, Sierra, and Spartan in the third group, while 7 wild Vaccinium species were classified independently. These results could be used in the development of molecular markers to identify Vaccinium species and for evaluating their genetic relationships. However, highbush blueberry cultivars should further be identified based on nuclear or mitochondrial DNA polymorphisms.

본 연구에서는 하이부시 블루베리 18품종과 야생 Vaccinium속 7종을 대상으로 엽록체의 non-coding 지역 중 trnL 인트론과 rps15와 ycf1 유전자 사이의 spacer를 분석하여 변이를 확인하고자 하였다. trnL 인트론 구간의 길이는 491~497bp로 나타났으며, 16개의 염기 치환과 5개의 염기 삽입, 결실 등의 변이가 발견되었고, 이들 변이는 P5, P6b, P8에 위치하는 것으로 확인되었다. P5와 P6에서는 염기 삽입과 결실, 염기 치환 등의 변이가 존재하여 분석한 모든 개체 간의 구조적 변이를 확인되었다. P8에서는 11개의 염기 치환만이 발견되었다. 야생 Vaccinium속은 trnL 인트론의 변이로 모두 구분되지만, 하이부시 블루베리 18품종의 경우 Berkeley, Bluecrop, Blueray, Coville, Darrow, Dixi, Eliott, Elizabeth, Jersey, Northblue, Northland, Patriot, Sierra, Spartan 품종들이 첫번째 그룹으로, Chandler, Duke, Rancocas, Sunrise 품종들이 두번째 그룹으로 구분되었다. rps15-ycf1의 경우, 한 개의 유전자좌에서 단일 염기 반복 변이가 발견되었다. Elizabeth, Jersey, V. koreanum의 경우, ATG 시작 코돈 앞에 T nucelotide가 5번 반복되나, 나머지 야생 Vaccinium종과 블루베리 품종의 경우 T nucleotide가 6번 반복되었다. 결론적으로 trnL intron과 rps15-ycf1 두 구간의 변이에 근거하여, 하이부시 블루베리 품종에 대하여 Elizabeth, Jersey 품종을 첫번째 그룹으로, Chandler, Duke, Rancocas, Sunrise 품종을 두번째 그룹으로, Bluecrop, Blueray, Coville, Darrow, Dixi, Eliott, Northblue, Northland, Patriot, Sierra, Spartan 품종을 세번째 그룹으로 구분할 수 있었다. 반면에 야생 Vaccinium속 7종은 이들 변이로 모두 구분할 수 있었다. 본 연구에서의 결과는 Vaccinium속 종들의 구분이나 유연 관계 측정 등을 위한 분자 표지를 개발할 때 사용 될 수 있을 것이다. 그러나 하이부시 블루베리 품종들은 핵과 마이토콘드리아의 염기서열 변이에 근거하여 추후에 확인이 더 필요하다.