본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

특성평가 정보를 활용한 보리 유전자원 형태적 형질 다양성의 통계적 분석

A Statistical Analysis of Phenotypic Diversity Based on Genetic Traits in Barley Germplasms

신명재|박진천|유동수|강만정
한국자원식물학회 (The Plant Resources Society Of Korea)|2022.10|한국자원식물학회지 (Korean Journal of Plant Reources.)|제35권 제5호|pp. 641-651

0

조회

0

다운로드

1

인용

0

참고문헌

키워드

BarleyBiodiversityGermplasmGenetic traits

초록

보리는 베타글루칸, 폴리페놀, 안토시아닌 등을 이용한 건강식품 소비 증가로 최근 관심이 높아지고 있다. 따라서 보리에 대한 수요자의 기호에 맞춘 기능성 품종개발과 소재로서 유전자원 활용성을 증대시키기 위해서는 자원의 특성 분석과 종, 원산지과의 관계, 군집화(Clustering)을 통한 유사성과 대표성, 형질 간의 상호관계 등과 같은 유전자원의 다양성 연구가 선행되어야 할 것이다. 본 연구는 농업유전자원센터에서 보존하고 있는 보리 25,104 유전자원(25종, 국적미상을 포함한 102개 원산지)을 대상으로 종과 원산지에 따른 다양성 분석을 수행하였다. 특히 종에 대한 작물 유효수(ENCS)는 1.17로 원산지(24.73)에비해 매우낮게 나타났다. 이는 보존하고 있는 보리 유전자원의대부분이 Hordeum vulgare subsp. vulgare 로 확인되었는데, 원산지에 비해 보존 자원이 특정 종에 편중된것을 알 수 있지만, 형태적으로 구분한 20가지 특성평가 항목에 대하여 종과 원산지에 따라 유의적인 차이(P-value < 0.05)가 검정되었다. 비록종 다양성은 낮지만 종과 종간의 차이와 종 내에서도 다양한 특성이 존재함을 추정할 수 있었으며, 이를 토대로 특성평가 항목을 이용한 군집화를 통해서 특성에 대한 다양성을 확인하였다. 특성평가 항목을 바탕으로 cacGMS 알고리즘을 이용한 군집 분석을 수행했을 때, 전체 97%의 자원이 분류된 1번~7번 군집에서 병와성, 도복, 깜부기병 항목이 공통적으로 동일한 형질을보였다. 반면에 군집 별 특이성에서는 특성평가 항목에 대한 조합의 차이와 함께 생장습성, 망활, 한해, 파성, 보리누른모자이크병에서 다른 군집과 차별되는 특이성이 확인되었다. 이러한특성평가 항목에 의한 대표성과 특이성, 그리고 각 군집에 따른특성의 조합은 특성 간의 상호적 관계와 관련이 있을 것으로 추정되어 상관관계를 분석하였다. 그 결과 1수립수와 보리누른모자이크병이 높은 상관성(상관계수 0.79)을 보였고, 종자연구에서 중요한 지표로 사용되고 있는 천립중은 낮은 상관계수이지만 이삭조성(0.31), 이삭길이(0.23), 병와성(0.24), 이삭모양(0.28), 보리누른모자이크병(0.23), 1수립수(0.43), 조단백함량(0.29)과 관련이 있을 것으로 추정된다. 본 연구에서 사용된연구방법과 결과는 신품종개발, 육종산업에 활용가능한 정보를 제공하고, 이를 통해 농업유전자원의 활용성 제고와 연구 선진화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다

Abstract

The biodiversity research of barley, a functional food, is proceeding to conserve germplasms and develop new cultivar of barley to improve its functional effects. In this study, with 25,104 barley germplasms in the National Agrobiodiversity Center, South Korea, the biodiversity index of species was much lower (1.17) than the origins (24.73) because of the presence of a biased species, Hordeum vulgare subsp. vulgare, but the species and origin of germplasms were significantly different with regard to genetic traits. In the clustering analysis based on genetic traits, we found that 97% barley germplasms could mostly be distributed between 1~7 clusters out of a total of 15 clusters; ‘normal and uzu type’, ‘lodging’, and ‘loose smut’ were commonly represented in the 1~7 clusters and some clusters showed specific differences in five genetic traits including ‘growth habit’. In correlation of each genetic trait, the infection of ‘barley yellow mosaic virus’ was highly correlated to ‘number of grains per spike’. ‘1000 grain weight’ was weakly correlated with seven genetic traits including ‘number of grains per spike’. Our analysis for barley’s biodiversity can provide a useful guide to the species’ phenotypes that need to be collected to conserve biodiversity and to breed new barley varieties.

참고문헌 (37)

  1. Aguilar, J., "Crop species diversity changes in the United States: 1978-2012", PLOS ONE, 10(8), pp.e0136580~ (2015)
  2. 배익현, "멜론 유전자원의 생육 평가와 과육색 유전형 분석", 한국자원식물학회지, 34(5), pp.478~490 (2021), 한국자원식물학회
  3. Benesty, J., "Pearson correlation coefficient. Noise Reduction in Speech Processing", pp.1~4 (2009), Springer
  4. Biselli, C., "Identification and mapping of the leaf stripe resistance gene Rdg1a in Hordeum spontaneum", Theor. Appl. Genet, 120(6), pp.1207~1218 (2010)
  5. Caierão, E, "Effect of induced lodging on grain yield and quality of brewing barley", Crop. Breed. Appl. Biotechnol, 6, pp.215~222 (2006)
  6. Carver, T. L. W., "Relationship between powdery mildew infection, green leaf area and grain yield of barley", Ann. Appl. Biol, 99(3), pp.255~266 (1981)
  7. 조철민, "한국 산딸기 집단에서 잎 형태 특성에 나타난 표현형 변이", 생명과학회지, 19(10), pp.1382~1388 (2009), 한국생명과학회
  8. Dessau, R. B., ""R"--project for statistical computing", Ugeskr. Laeg, 170(5), pp.328~330 (2008)
  9. Ehrlich, P. R., "Biodiversity studies : Science and policy", Science, 253(5021), pp.758~762 (1991)
  10. Hallsson, L. R., "Selection in a fluctuating environment leads to decreased genetic variation and facilitates the evolution of phenotypic plasticity", J. Evol. Biol, 25(7), pp.1275~1290 (2012)
  11. Jakob, S. S., "Evolutionary history of wild barley (Hordeum vulgare subsp. spontaneum) analyzed using multilocus sequence data and paleodistribution Modeling", Genome Biol. Evol, 6(3), pp.685~702 (2014)
  12. Jarvis, D. I., "Managing Biodiversity in Agricultural Ecosystems", pp.19~29 (2010), Columbia University Press
  13. 조성훈, "국내산 보리와 밀 추출물의 항산화 및 항균 활성", 한국식품영양과학회지, 42(7), pp.1003~1007 (2013), 한국식품영양과학회
  14. 정재민, "멜론 유전자원의 원예형질 특성 및 유연관계 분석", Journal of Plant Biotechnology, 42(4), pp.401~408 (2015), 한국식물생명공학회[DOI]
  15. Kang, H. C., "Clustering applications in data mining", J. of Basic Sciences, Cheju Nat’l Univ, 18(2), pp.121~127 (2006)[DOI]
  16. 김대준, "파종일 변경이 기후변화 조건에서 곡물생산량에 미치는 영향", 한국농림기상학회지, 15(1), pp.26~39 (2013), 한국농림기상학회[DOI]
  17. 김정곤, "보리산업의 현황과 수매중단에 따른 대응방안 - II. 보리 수매중단에 의한 가공업체의 원료맥 수급상의 문제점과 그 대응방안 -", 한국국제농업개발학회지, 24(5), pp.507~510 (2012), 한국국제농업개발학회
  18. 김경민, "맥류 연구의 과거, 현재, 그리고 미래", 한국육종학회지, 52, pp.73~92 (2020), 한국육종학회[DOI]
  19. Kim, K. -W., "PowerCore : A program applying the advanced M strategy with a heuristic search for establishing core sets", Bioinformatics, 23(16), pp.2155~2162 (2007)
  20. 김영지, "들깻잎의 caffeic acid와 rosmarinic acid 함량과 항산화 활성 비교를 통한 우수 유전자원 선발", 한국자원식물학회지, 35(1), pp.1~9 (2022), 한국자원식물학회
  21. 김양길, "보리호위축병(BaYMV) 이병에 따른 쌀보리 품종의 생육특성 및 품질", 한국작물학회지, 48(6), pp.501~505 (2003), 한국작물학회
  22. 김양길, "춘파 적응성 내도복 다수성 겉보리‘호향’", 한국육종학회지, 52(4), pp.448~453 (2020), 한국육종학회[DOI]
  23. Multiplication and Characterization of Wheat, Barely and Carrot Germplasm, "Lee, J. -R.", National Institute of Agricultural Sciences, 8~18 (2019)
  24. 이목희, "다변량 분석을 이용한 키위 유전자원의 특성 평가", 원예과학기술지, 38(4), pp.569~581 (2020), 한국원예학회[DOI]
  25. Murtagh, F., "Ward's hierarchical clustering method : Clustering criterion and agglomerative algorithm", ArXiv 1111.6285:1-20, ~ (2011)
  26. Newman, M. E. J, "Modularity and community structure in networks", Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 103(23), pp.8577~8582 (2006)
  27. Olsson, U., "The polyserial correlation coefficient", Psychometrika, 47(3), pp.337~347 (1982)
  28. Öztürk, Y., "Investigation of yield and some agronomical traits of the barley(Hordeum vulgare L)genotypes in Trakya region", Scientific works of Institute of agriculture-Karnobat, 3(1), pp.133~137 (2014)
  29. Park, H. -S., "A simple and fast algorithm for K-medoids clustering", Expert Syst. Appl, 36(2), pp.3336~3341 (2009)
  30. 박종철, "보리호위축병 (Barley yellow mosaic virus)에 의한 보리의 생육 피해 및 세포학적 변화", 식물병 연구, 10(1), pp.34~38 (2004), 한국식물병리학회
  31. 박종철, "보리 모자이크 바이러스 저항성 정도가 상이한 보리 품종간 생육 및 수량 비교", 한국작물학회지, 51(5), pp.477~482 (2006), 한국작물학회
  32. Prematunga, R. K, "Correlational analysis", Australian Critical. Care, 25(3), pp.195~199 (2012)
  33. Rawal, S., "Predicting missing values in a dataset : challenges and approaches", Int. J. Recent Res. Asp, 4(3), pp.34~38 (2017)
  34. Caius M. Rommens, "Intragenic Crop Improvement:  Combining the Benefits of Traditional Breeding and Genetic Engineering", Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55(11), pp.4281~4288 (2007), American Chemical Society (ACS)[DOI]
  35. Tolbert, D. M., "A diversity analysis of a world collection of barley", Crop. Sci, 19(6), pp.789~794 (1979)
  36. 유동수, "VBioindex: A Visual Tool to Estimate Biodiversity", Genomics & Informatics, 13(3), pp.90~92 (2015), 한국유전체학회[DOI]
  37. 유동수, "cacGMS: 특성평가 정보기반 식물 유전자원 군집 알고리즘", 한국육종학회지, 54(1), pp.16~24 (2022), 한국육종학회

관련 논문AI추천

Microsatellite 마커를 이용한 한국 보리 품종의 유전적 다양성권용삼, 최근진, 홍지화한국육종학회 · 한국육종학회지2011 · 제43권 제4호밀 유전자원의 농업형질과 SSR마커를 이용한 다양성 분석김경민, 김성훈, 신명재, 오미애, 윤혜명, 이수경, 이윤정, 이정윤, 최유미, 한세희, 왕샤오한, Kebede Taye Desta한국육종학회 · 한국육종학회지2022 · 제54권 제4호Microsatellite를 이용한 한국 보리 유전자원의 유연관계 분석김행훈, 박광래, 백형진, 윤문섭, 이정란, 조양희, 최원열한국육종학회 · 한국육종학회지2004 · 제36권 제5호Agro-morphological Diversity in Global Barley Collections with a Comparative Study of Wild and Cultivated Varieties김미선, 신명재, 유은애, 이기안, 이정윤, 정종태, 최유미, Kebede Taye Desta한국자원식물학회 · 한국자원식물학회지2025 · 제38권 제6호밀 유전자원 다양성 연구 현황김재윤, 현도윤한국육종학회 · 한국육종학회지2023 · 제55권 제4호cacGMS: 특성평가 정보기반 식물 유전자원 군집 알고리즘강만정, 노나영, 유동수, 허온숙한국육종학회 · 한국육종학회지2022 · 제54권 제1호

이 간행물의 다른 논문 (11건)

치주염 원인균 LPS-PG로 유도된 인체 치은섬유아세포에서 연뿌리 추출물에 대한 항염증 및 항산화 효과이영경, 오영택, 정진우, 이기원, 정대원, 김철환, 김정일pp. 565-573두릅 에탄올 추출물의 Chlorogenic acid 함량 분석 및 생리활성정경옥, 임소연, 이정호, 이왕로, 진다몬pp. 574-585다양한 콩 자원들의 이차대사물질 함량 분석박수권, 문중경, 서미숙, 박규태, 김유나, 이상범, 김둘이, 김현영pp. 586-593약용식물 상동나무 자생지 생육환경 특성과 식생구조이선영, 조혜정, 이동환, 김현준, 박광훈, 손호준, 손용환pp. 594-606미기록 침입외래식물: 좀들묵새(벼과)김지은, 정현진, 손동찬, 강은수, 장주은, 길희영, 김영수pp. 607-613
원문 보기