멸종위기종의 복원에 있어 복원대상종의 도입 후 유전적 모니터링과 관리에 있어 핵심은 유전적으로 건강한 개체군을 유지하는 것이다. 한국에서 멸종위기야생생물 I급인 여우의 복원사업이 진행되어 오면서 복원을 위해 5년 간 유전적으로 동일한 계통에 속하는 여우들이 원종으로써 동북아 시아 지역에서 도입되어져 왔으나, 도입종들의 유전적인 건강성 확인은 그 평가가 이루어지지 않고 있는 실정이다. 본 연구는 도입 여우 11개체에 대한 유전적 다양성 확보 여부와 개체 간 유전적 차이를 확인하고자 수행되었다. 대상 개체들의 유전적 다양성은 샘플의 RNA sequencing 결과로부터 SNP을 확인하는 방법으로 분석하였다. 현재 한국산 여 우(Vulpes vulpes)와 관련한 전체 유전체의 정보는 전무한 실정이며, 적절한 참조 데이터 세트의 부재로는 SNP의 비교와 그 다양성 수준을 결정할 수 없기 때문에, 본 연구에서는 분석 대상 개체를 포함한 전체 샘플의 RNA-seq data를 transcriptome DB로 제작하여 reference로 활용하였다. 이 reference data를 사용하여 SNP을 탐색하고 유전적 다양성 정도(π)를 계산한 결과. π는 평균 2.287*10-4bp-1의 낮은 값을 나타내었으며, 본 결과로 여러 멸종위기 야생 동물들의 기존 π값들과 비교하고, 각 개체 간 산점도의 표현을 통해 유전적다양성의 상대적인 수준과 그 위치를 확인하였다. 본 연구 결과는 복원정책 수립에 있어 추가 도입되는 여우의 선정 기준의 바탕이 되는 자료 등으로 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.

꽃노랑총채벌레의 약제 저항성 유전자 마커를 발굴하기 위해 전사체 분석을 통해 감수성과 저항성 계통의 발현량차이를 분석해 보았다. 저항성 계통은 4종의 약제에 대해 약 39.2 ~ 533-fold의 복합저항성을 보였으며, 전사체분석 결과 감수성 계통 대비 약 630여개의 유전자가 2배 이상(FDR < 0.001) 발현량 차이를 보이는 것으로 확인되었다.Gene ontology 분석 결과, 과발현 유전자가 biological process, molecular function, cellular function 그룹 별로 각각60%, 68.6% 그리고 70.6% 차지하였다. 특히, 대사와 유기화합물 결합단백질 관련 유전자(ex. CYP450, GST, EST,etc.)는 저항성 발달에 관여하는 것으로 사료된다. 추가적인 모니터링과 상관관계 분석을 통해 해당 유전자의 기능검정이 필요하며, 이 중에서 높은 상관성을 나타내는 유전자는 약제 저항성 진단 마커로 활용이 가능할 것이다.

톱다리개미허리노린재의 약충(1령, 3령, 5령)과 성충(암컷, 수컷)의 침샘에서 발현되는 대표전사체로 총 26,761contigs, 총 길이 68,046,779 bp (N50 contig: 3,097 bp; Min: 308 bp; Max: 6,121 bp)를 확보하였다. 이중 21,496 contigs가단백질 코딩 영역으로 추정되었다. NCBI nr과 UniProt database에서 BLASTX (e-value ≤1.00E-10) 검색 결과 총 20,622contigs가 hit되었고, 이중 썩덩나무노린재와 톱다리개미허리노린재의 유전자 정보가 약68%로 높은 유사도를 보였다.GO와 KEGG DB에는 각각 16,195와 7,422 contigs가 hit되어 기능별로 분류되었다. 침샘 분비단백질로는 2,623 contigs가추정되었다. 대표전사체에 각 발육단계별 침샘샘플은 평균 약62%가 맵핑되었으며 DESeq으로 normalization 수행후 발육단계별 유전자 발현 차이(DEG)를 비교하였다. 1령 약충 대비 암컷, 수컷, 3령, 5령에서 각각 2,945, 2,920,2,244, 2,371 contigs가 up-regulation된 반면, 1,286, 1,437, 774, 1,382 contigs가 down-regulation되었다.

차세대염기서열분석기(NGS)의 비약적인 발전으로 전 세계적으로 곤충유전체 연구가 매우 활발하게 진행되어지고 있다. 2015년 기준 285개의 곤충관련 유전체 연구가 수행되었는데 그 중 모기의 경우 Anopheles merus 22개, A. arabiensis 17개, A. funestus 13개, A. quadriannulatus 12개, A. culicifacies 10개, A. gambiae 7개, A. sinensis 5개, A. stephensi 5개의 유전체 프로젝트들이 수행되었거나 수행 중이다. 2015년도 하반기에는 지카바이러스 및 뎅기열 메개체인 Aedes albopictus의 유전체 관련 논문이 2편 출간되었는데 모두 draft 수준의 유전체 연구결과들이다. 대부분의 곤충 유전체 연구들은 NGS 장비 중 Hi-seq 기반 WGS (Whole Genome Shotgun) 방식으로 진행되고 있으며 표준유전체지 도 및 서열이 없어 De-Novo assembly를 통해 contig와 scaffold를 만든 후 gene prediction 및 transcriptome 매핑을 통해 얻어진 일부 유전자 서열을 이용하여 분석하는 방식의 채택하고 있어 유전자 기능 연구자들의 모든 수요를 만족하기는 어려운 실정이다. 이에 추후 진행되어질 모기 등의 매개체의 유전체연구는 고전방식을 NGS에 적용하는 방식 및 최신 개발되어진 long read 분석용 NGS의 이용 등을 적절하게 병합하여 진행하는 유전체 연구방법의 적용이 필요하다.

산화아연나노물질은 상업적으로 가장 폭넓게 사용되고 있는 물질 중 하나이다. 특히 식품산업에서 산화아연나노물 질은 아연에서 기인하는 세포생장과 면역증진 등의 효과를 나타낼 뿐 아니라 산화아연자체에 의한항균 기능성을 보유 하고 있어 건강보조식품, 식품첨가물 및 식품포장재 등에 다양하게 이용되고 있다. 이와 같이 식품산업에서 산화아연 나노물질의 사용이 증가함에 따라 나노물질에 대한 노출이 증가하고 있는데, 상대적으로 나노물질의 안전성에 대한 연구는 미흡한 편이다. 최근 들어 산화아연나노물질의 독성시험이 세포와 동물모델에서 이루어지고 있으나 나노물질 의 독성과 입자크기 및 체내 성상에 대한 상관관계는 명확히 규명되지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 산화아 연나노물질(nano ZnO)을 랫드에 14일 반복 경구 투여 후 차세대 염기서열분석기법(next generation sequencing, NGS)을 이용하여 간 조직에서의 전사체 발현양상을 분석하였으며, 입자크기와 이온화도에 따른 독성을 비교하기 위하여 벌크 크기의 산화아연(bulk ZnO)과 염화아연(ZnCl2)을 동일한 방법으로 비교 평가하였다. 그 결과 산화아연의 입자크기 및 이온화도에 따라 서로 다른 유전자 발현양상을 보였다. 특히 아연 이온 투여에 의한 전사체 발현 양상이 입자에 의한 양상과는 상이한 것으로 나타나 입자크기 및 체내 성상에 따라 잠재적 독성영향이 달라질 수 있음을 제시하였다. 본 연구결과는 산화아연나노물질의 잠재적 경구 독성의 평가와 독성메커니즘의 예측 자료로써 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

스트레스 음파(5,000 Hz, 95 dB)는 아메리카잎굴파리(Liriomyza trifolii) 번데기의 성충 발육을 억제시켰다. 이러한 발육 교란에 대한 생리적 원인을 규명하고자 이 곤충의 스트레스 음파에 대한 발현 유전체를 무처리 곤충과 비교 분석하였다. 발현유전체는 전사체를 대상으로 하였으며, 이는 전체 RNA를 Illumina HiSeq2000을 이용한 차세대우전체 염기서열 분석 기술을 이용하였다. 처리구와 무처리구에서 전체 전사체의 분석염기수는 약 16 Gb였고, 이를 토대로 77,553개의 contig가 규명되었다. 이 contig들을 대상으로 스트레스 음파 처리에 따라 발현량 차이를 보인 비율은 약 62.8%를 차지하였다. 이 가운데 대조구에 비해 10배 이상 발현량이 감소한 contig 숫자는 3,994개이고, 증가한 contig 숫자는 1,120개를 나타냈다. 특별히 성장과 변태와 관련된 insulin 및 ecdysone 신호 유전자의 발현이 영향을 받았다. 또한 일반 물질대사와 관련된 유전자들의 발현이 스트레스 음파 처리에 따라 감소를 보였다. 그러나 스트레스 관련 유전자인 지질동원호르몬 신호전달과정 유전자들은 발현량이 증가하였다. 이상의 스트레스 음파에 따라 아메리카잎굴파리의 유전체 발현량 변화는 이 곤충의 정상적 성충 발육에 교란을 주었을 것으로 추정된다. 향후 스트레스 음파에 처리에 따라 발현에 교란을 받은 유전자들의 성충 발육 연관성에 대한 기능 분석이 필요하다.

복숭아심식나방의 신속한 동정을 위한 간이진단킷트용 marker 개발을 위하여 유충의 전사체를 454 NGS를 통하여 분석하였다. 그 결과 총 237,000개의 서열을 확보하였으며, 약 160,000개의 서열이 복숭아심식나방 유충의 전사체 정보를 포함하였다. 이 전사체 정보는 약 3,000개의 contigs를 구성하였으며 singleton의 수는 17,000개로서, 이들을 genome 서열이 밝혀진 B. mori의 유전자와 BlastX로서 상동성유전자를 탐색하였을 때 68%, 44%의 서열들이 각각 B. mori, D. melanogaster의 유전자와 상동성을 나타내었다. 그 중 기능이 알려진 유전자의 수는 총 4500여개로서 중복을 고려하였을 때 약 2000개의 유전자에 대한 annotation이 가능하였다. 서열이 밝혀진 유전자의 64%가 B. mori의 유전자와 70% 이상의 상동성을 나타내었으며 60% 이하의 상동성을 나타내는 서열은 약 20%를 차지하였다. 이들 서열로부터 유충의 진단에 사용 가능할 것으로 예상되는 다수의 후보 단백질을 선정하였으며 이들의 서열 상동성을 비교하였다.

Background : Narcissus tazetta (N. tazetta), belonging to the Amaryllidaceae family, is a bulbous plant distributed in Korea, China, and Japan. Amaryllidaceae family plants contained galantamine exhibiting dominant and selective acetylcholinesterase inhibition. In this study, transcriptome analysis of N. tazetta was carried out. Methods and Results : The results of studies conducted in duplicate revealed the presence of a total of 305,228 and 370,567 unigenes, acquired from 69,605,788 and 59,770,506 raw reads, respectively, after trimming the raw reads using CutAdapt, assembly using Trinity package, and clustering using CD-Hit-EST. The resulting unigenes were annotated based on the NCBI Non-redundant protein database, as N. tazetta is genetically closer to Phoenix dactylifera and Elaeis guineensis. The unigenes of N. tazetta were clustered into three major categories: biological processes, cellular components, and molecular functions, with 51 functional sections. A large number of unigenes (11,371 and 15,535 from replicates 1 and 2, respectively) were categorized in the biological process cluster, followed by the cellular component cluster, and the molecular function cluster. With respect to the biological process category, the unigenes were assigned to 23 functional sections. The majority of unigenes were involved in cellular processes. Among the unigenes clustered as the cellular component with 14 sections, most genes were associated with the cell and cell parts. Furthermore, 156,584 and 201,353 unigenes, respectively, matched the molecular function cluster with 14 sections, of which most unigenes were related to metabolic process and cellular process. Conclusion : This study provides functional information of N. tazetta and highlights the use of the Illumina platform for transcriptome research.

Background : Lycoris radiata (L. radiata), which belongs to Amaryllidaceae family, is native to Northeast Asia including Korea, Japan, and China. It is known for its high ornamental and medicinal values. Extensive research has been conducted in a several fields, including molecular biology, morphology, pharmacology, physiology, palynology, and chromosomal biology. The plant is notable for its various biological activities, including anti-cancer, anti-malarial, anti-microbial, reduction in blood pressure, anti-inflammatory, cytotoxicity, and neuroprotective effects. Methods and Results : The results of studies conducted in duplicate revealed the presence of a total of 325,609 and 404,019 unigenes, acquired from 9,913,869,968 and 10,162,653,038 raw reads, respectively, after trimming the raw reads using CutAdapt, assembly using Trinity package, and clustering using CD-Hit-EST. The resulting unigenes were annotated based on the NCBI Non-redundant protein database, as L. radiata is genetically closer to Elaeis guineensis and Phoenix dactylifera. The unigenes of L. radiata were clustered into three major categories: biological processes, cellular components, and molecular functions, with 51 functional sections. A large number of unigenes (203,157 and 224,813 from replicates 1 and 2, respectively) were categorized in the biological process cluster, followed by the cellular component cluster, and the molecular function cluster. With respect to the biological process category, the unigenes were assigned to 23 functional sections. The majority of unigenes were involved in cellular processes. Among the unigenes clustered as the cellular component with 14 sections, most genes were associated with the cell and cell parts. Furthermore, 78,017 and 88,817 unigenes, respectively, matched the molecular function cluster with 14 sections, of which most unigenes were related to binding and catalytic activity. Conclusion : This study provides functional information of L. radiata and highlights the use of the Illumina platform for transcriptome research.

Background : Momordica charantia L. (M. charantia) is a member of the family Cucurbitaceae, used as a medicine herb in traditional medicine. In this study, we present the sequencing, de novo assembly and analysis of the transcriptome of M. charantia and provide a global description of relationship between putative phenylpropanoid and flavonoid biosynthesis genes and alteration of phenylpropanoid and flavonoid content during different organs and plantlet of M. charantia. Methods and Results : The transcriptome of M. charantia was constructed by using an Illumina Nexteseq500 sequencing system. Out of 68,073,862 total reads, approximately 88,703 unigenes were identified with a length of 898 bp. Alternatively, transcriptomic data, 10cDNAs (McPAL, McC4H, Mc4CL, McCOMT, McCHS, McCHI, McF3H, McFLS, McDFR and Mc3GT) encoded phenylpropanoid and flavonoid biosynthetic genes. The expression levels and the accumulation of trans-cinnamic acid, benzoic acid, 4-hydroxyvbenzoic acid, p-coumaric acid, chlorogenic acid, caffeic acid, catechin hydrate, ferulic acid, and rutin were investigated in different organs and plantlets. Mainly, phenylpropanoids and flavonoids accumulated in leaves and flowers, whereas low levels accumulated in roots. Collectively, these results indicate that the putative McPAL, McC4H, McCOMT, McFLS, and Mc3GT might be key factors for controlling phenylpropanoid and flavonoid contents in M. charantia. Conclusion : In this study, we present the sequencing, de novo assembly and analysis of the transcriptome of M. charantia. We also compared gene expression and compound analysis of phenylpropanoid and flavonoid in different organs and plantlet of M. charantia. These results indicate that McPAL, McC4H, McCOMT, McFLS, and Mc3GT are key regulators of phenylpropanoid and flavonoid accumulation in M. charantia

The transcriptomes of four ginseng accessions such as Cheonryang (Korean ginseng cultivar), Yunpoong (Korean ginseng cultivar), G03080 (breeding line of Korean ginseng), and P. quinquefolius (American ginseng) was characterized. As a result of sequencing, total lengths of the reads in each sample were 156.42 Mb (Cheonryang cultivar), 161.95 Mb (Yunpoong cultivar), 165.07 Mb (G03080 breeding line), and 166.48 Mb (P. quinquefolius). Using a BLAST search against the Phytozome databases with an arbitrary expectation value of 1E-10, over 20,000 unigenes were functionally annotated and classified using DAVID software, and were found in response to external stress in the G03080 breeding line, as well as in the Cheonryang cultivar, which was associated with the ion binding term. Finally, unigenes related to transmembrane transporter activity were observed in Cheonryang and P. quinquefolius, which involves controlling osmotic pressure and turgor pressure within the cell. The expression patterns were analyzed to identify dehydrin family genes that were abundantly detected in the Cheonryang cultivar and the G03080 breeding line. In addition, the Yunpoong cultivar and P. quinquefolius accession had higher expression of heat shock proteins expressed in Ricinus communis. These results will be a valuable resource for understanding the structure and function of the ginseng transcriptomes.

본 연구는 고추의 다양한 품질 관련 특성 연구를 위한 분자육종시스템 구축의 기초 연구로서 특히 고추의 매운맛과 다양한 색소 등에 초점을 맞추어 연구를 수행하고 있다. 시험재료는 국립원예특작과학원에서 지난 2005년부터 육성해온 고세대(F7) RIL 집단을 이용하고자 하며, 이 집단의 자방친 계통인 “만다린” 품종과 화분친으로 사용된 “블랙클러스터”의 성숙과로부터 발현되는 전사체 프로파일 작성을 위하여 454 Genome Sequencer(GS)-FLX Titanium System을 이용한 전사체 염기서열 분석을 수행하였다. 자방친으로 사용된 “만다린”의 성숙과색은 오렌지색이며, 매운맛이 없는 피망형 품종이다. 화분친으로 사용된 “블랙클러스터”의 미숙과색은 보라색, 성숙과색은 진한 붉은색으로 매운맛이 청양보다 더 높은 매우 작은 삼각형 모양의 과형 특성을 보인다. 염기서열 분석 결과 “만다린”의 경우 총 279,177read(average length=431bp)를 읽었으며, 이들은 총 204,288 contigs와 22,217 singleton으로 조합되었다. 한편 “블랙클러스터”는 총 316,377reads(average length=450bp)가 분석되었으며, 이들은 총 256,630 contigs와 13,153 singleton으로 조합되었다. 분석된 전사체들에 대한 기존 유전자 데이터베이스를 근거로 예상 유전자 기능성 분석 수행 결과 “만다린”은 18개의 FunCat 카테고리로, “블랙클러스터”는 16개의 카테고리로 분류되었다. 크게 세가지 GO(Gene Ontology)로 구분해 봤을 때, Biological process에 관여하는 전사체들은 각각 21%와 24%였으며, Cellular component 관련으로 23%, 27%, 그리고 Molecular function으로 유추되는 전사체들은 23%, 28%를 차지하는 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해 확보된 전사체 프로파일과 염기서열들을 기초로 고추 품질 관련 2차 대사물질들의 생합성 과정에 관여하는 전사체들에 대한 발현 비교 분석과 SNP, SSR 등의 마커 개발을 위한 연구가 진행 중이다.