한국 감자 역병균 표현적 및 유전적 다양성 연구

Abstract

Potato is one of the major staple food crops in the world. Potato production is severely damaged by the late blight caused by Phytophtora infestans. To develop management strategies for the late blight disease, understanding the characteristics of P. infestans populations is essential. In several studies have been performed using phenotypic and genetic markers to analyze the P. infestans characteristics for more precise disease management. However, little is known about the genetic characteristics of P. infestans in South Korea. Here, I characterized a total of 86 P. infestans isolates collected in South Korea using phenotypic (mating type, virulence, and fungicide resistance) and genotypic markers (SSRs and next-generation sequencing). As a result, about 90% of isolates were A1 mating type and sensitive to dimethomorph fungicide. Moreover, about 50% of isolates were pathogenic to differential potato lines containing the resistance gene R2, R4, R6, and R8. These results suggest that using the fungicide dimethomorph for disease control is still effective and the sexual reproduction of P. infestans was limited. The genotypic analysis revealed that six clonal lineages were distributed in South Korea. Among them, SIB-1 like and KR_2 like isolates were newly identified. Whole-genome resequencing and population analysis elucidated that KR_2 like isolates was clearly distinguished from other groups. Moreover, non-synonymous mutations in both genome-wide and Avirulence gene regions were occurred more frequently than in other clonal lineages. These results indicated that KR_2 like was migrated from other countries or that genetic variation of KR_2 like was recently evolved. Taken together, these results could contribute to developing the efficient management system of P. infestans in South Korea as well as breeding late blight-resistant potato cultivars.

감자는 전세계적으로 중요한 식량작물 중 하나이다. 감자 역병균(Phytophthora infestans)에 의해 발병하는 감자 역병은 감자 생산에 가장 심각한 피해를 끼치는 병이다. 감자 역병에 대한 효율적인 방제 전략을 세우기 위해서는 P. infestans 집단에 대한 이해가 필요하다. P. infestans 의 특성에 대해 분석하기 위해 다양한 유전적 및 표현적 마커들이 개발되어 왔다. 최근에는 더 정밀한 병 관리를 위해서 유전적 마커를 이용한 P. infestans 의 특징들을 분석하는 연구들이 많이 수행되고 있다. 하지만 한국에서는 유전형 마커를 이용한 감자 역병균에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 한국 전 지역에서 최근 3 년간 수집한 감자 역병균 86 점에 대해 표현형 마커(교배형, 병원성, 약제 반응)와 유전형 마커(SSRs, 차세대염기서열분석)를 이용하여 특징을 분석하였다. 표현적 특징들로는 교배형 A1 와 dimethomorph 에 감수성을 가진 균들이 90% 정도 분포하였다. 또한, R2, R4, R6, R8 을 가지고 있는 감자 판별 품종에 대해 병원성을 가진 균주들이 약 50%정도 분포하였다. 이를 통해, 병 방제에 dimethomorph 약제를 사용하는 것이 효과적일 수 있음을 시사한다. 유전적 분석을 통해 한국 전역에 6 개의 계통이 분포함을 확인하였으며 이들 중 SIB-1 과 KR_2 like 유전형은 한국에서 새롭게 확인되었다. NGS 데이터를 기반으로 한 SNPs 분석에서는 KR_2 like 가 계통수적으로 다른 그룹과 확연히 구분되었다. 더욱이, 전체 유전체와 비병원성 유전자의 SNPs 변이가 다른 균주에 비해 더 많이 존재함을 확인했다. 이것은 KR_2 like 가 국외에서 한국으로 이동하였거나 KR_2 like 의 유전적 변이가 빠르게 일어날 수 있음을 나타낸다. 이러한 결과들을 종합했을 때, 본 연구에서 수행한 P. infestans 의 특성 조사는 한국의 감자 역병균의 효율적인 방제를 위한 방법 개발뿐만 아니라 저항성 감자 품종을 개발하는데 유용하게 사용될 것이다.