벼 핵심집단을 이용한 유묘기 내냉성 전장유전체 분석 및 후보유전자 탐색
Genome-wide Association Study for Cold Tolerance at Seedling Stage Using a Core Collection of Korean Rice
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초록
유묘기의 저온 스트레스는 벼의 초기 생육 및 성장을 방해하여 수량 감소에 영향을 준다. 유묘기 내냉성 육종을 위해서는 내냉성을 조절하는 유전자좌를 탐색하고, 유용한 대립유전자를 도입하여 유묘기의 내냉성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 한국형 벼 핵심집단 134 계통의 유묘기 내냉성을 검정하고 전장유전체 연관 분석을 통해 해당 형질과 연관된 QTL 및 후보 유전자를 탐색하였다. 생육 10일 된 벼 유묘에 8°C의 저온을 3일 동안 처리한 후, 달관평가를 통해 1-10단계로 내냉성을 평가하였다. 1,781,068개의 SNP 마커를 이용한 전장유전체 분석을 통해 3, 5, 6, 9번 염색체에서 유묘기 내냉성 형질과 높은 연관성을 보인 4개의 QTL을 탐지하였다. 4개의 QTL 지역 중 염색체 5번에 위치한 qCTS5는 2개의 분석 모델에서 일관적으로 발견되어 높은 신뢰성을 보였다. qCTS5의 물리적 위치를 기준으로 24개의 유전자가 확인되었고, 이중 8개 유전자가 내냉성 형질과 관련 있다고 보고되었다. 추후 bi-parental population을 이용하여 유전자를 동정하고, 저온 환경에서의 역할을 명확히 밝히고자 한다.
Abstract
Cold stress during the seedling stage disrupts the early growth and development of rice, ultimately affecting yield. To breed for cold tolerance at the seedling stage, it is essential to identify genetic loci associated with cold tolerance and introduce beneficial alleles to enhance seedling resilience. In this study, we evaluated the cold tolerance of 134 Korean rice core collection accessions at the seedling stage and conducted a genome-wide association study (GWAS) to identify QTLs and candidate genes associated with this trait. ten-day-old rice seedlings were subjected to a low-temperature of 8°C for three days, after which their cold tolerance was assessed using a visual scoring scale ranging from 1 to 10. Through genome-wide association analysis using 1,781,068 SNP markers, we identified four QTLs on chromosomes 3, 5, 6, and 9 that exhibited significant associations with seedling cold tolerance. Among them, qCTS5, located on chromosome 5, was consistently detected across two different analysis models, indicating high reliability. Candidate gene analysis within the physical region of qCTS5 identified 24 genes. Among these, eight genes have been reported to be associated with cold tolerance. Future studies will focus on gene validation using bi-parental populations to elucidate their roles under cold stress conditions.