A Database of Simple Sequence Repeat (SSR)Marker-Based DNA Profiles of Citrus and RelatedCultivars and Germplasm

The present study investigated identification of cultivars through phylogenetic analysis of 108 Citrus varieties and related cultivars using simple sequence repeat (SSR) markers. Two hundred three SSR primer pairs were used to detect polymorphic markers among 8 Citrus cultivars consisting of 4 mandarins, 1 orange, 1 tangor, 1 tangelo, and 1 pumelo. Eighteen SSR primer pairs were reproducible and showed highly polymorphic alleles. These markers were applied to assess genetic variations of the 108 varieties. Each marker detected 5-14 alleles, with an average of 9.28. The polymorphism information content varied from 0.417 to 0.791 with an average of 0.706. Cluster analysis with SSR markers resulted in 13 major groups reflecting cultivar types and pedigree information. Twelve orange cultivars in the I-1 sub-cluster and 23 mandarin cultivars in the II-1 sub-cluster, respectively, were not discriminated using the SSR markers. This could be due to narrow genetic backgrounds originated through bud mutation or nucellars seedlings. The SSR profile database of Citrus cultivars will be useful as a tool for protection of plant breeders’ intellectual property rights in addition to assessing genetic diversity in Citrus cultivars and germplasms. Additional key words: cultivar identification, genetic relationship, mandarin, microsatellite, molecular marker Received: August 31, 2015 Revised: October 14, 2015 Accepted: January 25, 2016 Copyrightc2016 Korean Society for Horticultural Science. This work was supported by the Dong-A University research fund. Korean J. Hortic. Sci. Technol. 34(1):142-153, 2016 http://dx.doi. org/10.12972/kjhst.20160012 pISSN : 1226-8763 eISSN : 2465-8588 SSR Marker를 이용한 감귤속 품종 및 유전자원에 대한 DNA Profile Data Base 구축 Korean Journal of Horticultural Science & Technology 143 서 언 감귤류라고 하면 식물분류상 운향과(Rutaceae)중에서 감귤아과(Auranti-oideae)의 감귤속(Citrus), 금감속(Fortunella), 탱자속(Poncirus)에 속하는 식물들을 지칭한다. 감귤속은 만다린, 오렌지, 레몬, 문단, 유자, 자몽, 파페다, 시트론, 탱자 등이 속 하며, 이들을 종속간 교잡하여 양성한 탄골(만다린 × 오렌지), 탄젤로(만다린 × 자몽), 탄골젤로(탄골 × 만다린), 탄젤로로( 탄젤로 × 자몽), 오렌젤로(자몽 × 오렌지), 시트루멜로(자몽 × 탱자) 등 다양한 변종들이 존재한다. 감귤속 식물의 분류 및 유 전적 유연관계 분석은 감귤 및 근연속과의 교잡 친화성, 아조변이의 발생 빈도, 재배 역사와 지역적 분포 등에 따라 분류하기 가 단순하지 않으나, 감귤류의 형태적 특성이나 지리적 기원에 따라 Swingle and Reece(1967)와 Tanaka(1977) 분류를 가장 광범위하게 활용하고 있다. 특정 작물의 유전자원과 품종의 유전적 유사성 정도는 형태적 특성 조사나 유전자 분석에 의한 방법으로 크게 나눌 수 있다. 형태적 특성 조사는 재배방법, 조사자의 주관, 연차간 변이 등과 같은 문제점의 발생이 상존하고 있다. 그러나 분자표지를 이용 한 유전자 분석은 표현형에 의한 검정 방법보다 객관적이고 반복 재현성이 높다는 장점이 있다. 이러한 이유 때문에 국제식물 신품종보호동맹(International union for the protection of new varieties of plants; UPOV)에서는 품종의 구별성, 즉 유사성 여 부를 확인하기 위하여 분자표지의 활용에 대한 논의를 지속적으로 진행하여 분자표지의 활용기법, 분자 마커의 선정 기준, DNA 분리 방법 등에 대한 가이드라인을 제시하고 있다(UPOV, 2010). 이에 따르면 여러 가지 DNA 분석 기법 중에서 염기서 열 분석에 기반하여 제작된 마커인 simple sequence repeat(SSR), single nucleotide polymorphism(SNP), cleaved amplified polymorphic sequences(CAPS) 등과 같은 방법을 제안하고 있다는 것이다. 그리고 분석 마커가 품종 및 유전자원에 대한 충분 한 다형성을 나타낼 뿐만 아니라 반복 재현성이 높아야 된다는 점이다. 감귤속 식물에 대한 유전자 분석 방법은 1990년대 후반에 미국에서 restriction fragment length polymorphism(RFLP)와 random amplified polymorphic DNA(RAPD) 마커를 이용하여 유전적 다양성을 분석하기 시작하였다(Federici et al. 1998). UPOV가 제안하는 기법인 SSR 분석의 경우 미국 (Chen et al., 2006; Kijas et al., 1997), 캐나다(Ahmed et al., 2003), 브라질 (Palmieri et al., 2007), 프랑스(Ollitrault et al., 2010) 에서 감귤속 식물에서 유래된 SSR 마커를 개발하여 프라이머의 염기서열 정보를 공개하고 있다. 그러나 대부분의 연구자는 여러 가지 종류의 SSR 마커를 감귤속 식물의 유전자원 특성평가에 활용하 지 않고 Kijas et al.(1997)과 Ahmed et al.(2003)이 개발한 SSR 마커 15개 내외를 활용하였다는 점이다(Barkley et al., 2006; Jannati et al., 2009). 따라서 지금까지 여러 연구자(Ahmed et al., 2003; Kijas et al., 1997; Ollitrault et al., 2010; Palmieri et al., 2007)에 의해 개발된 SSR 마커를 활용하여 다형성 정도와 반복 재현성이 높은 마커의 새로운 선발은 감귤속 식물의 유전적 근 연 관계 분석과 품종식별력의 정밀도 향상에 크게 기여할 것이다. 한편, 우리나라의 경우 감귤에 대한 유전자 분석은 RAPD 기 법을 활용하여 일본 유전자원 9점의 분류에 관한 단편적인 연구결과가 보고된 바 있으나(Kim et al., 1996), SSR 마커를 이용 하여 만다린, 오렌지, 자몽 등과 같은 다양한 유형의 감귤속 식물의 유전자원 및 품종과 제주도에서 자생하고 있는 유전자원, 국 내에서 개발된 품종을 대상으로 유전적 근연 관계 분석 및 품종식별에 대한 연구결과는 보고된 바 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 SSR 마커를 이용한 국내외 감귤류 유전자원 및 품종 108개에 대한 DNA 데이터베이스를 구축하기 위하여 SSR 마커의 선발과 유전자원 및 품종간 유전적 근연도 분석 등과 같은 일련의 연구를 수행하여 얻어진 결과를 보고하 는 바이다.