뒷흰가는줄무늬밤나방은 쌀, 밀, 옥수수와 같은 농작물에 피해를 주는 해충이다. 본 연구에서는 국내 뒷흰가는줄무늬밤나방의 미토콘드리아 게놈(15,314b)을 분석하였다. 13개의PCG와2개의 rRNA (13,376bp)를 연결한 서열을 사용한 계통발생 분석 결과, 뒷흰가는줄무늬밤나방과 멸 강나방 사이의 가장 높은 노드 수치로 자매분류군을 형성하였다. 밤나방상과(Noctuoidea)의 각 과(Noctuidae, Euteliidae, Nolidae, Erebidae 및 Notodontidae)들은 가장 높은 노드수치로 단계통을 형성하였다.

매미나방은 산림과 과수에 심각한 피해를 입히는 해충이다. 본 연구에서는 국내 매미나방의 미토콘드리아 게놈(15,548 bp)을 분석하였다. 13개의 PCG와 2개의 rRNA를 연결한 서열(13,568 bp)을 사용한 23개의 미토콘드리아 게놈의 계통분석 결과, 분석한 매미나방은 다른 지역의 매 미나방과 같은 과에 속하며 각각의 과(Erebidae, Euteliidae, Noctuidae, Nolidae, Notodontidae)들은 높은 노드수치로 단계통을 형성하였다.

꼬막은 해양 어업으로써 아시아 전 지역에 있어서 중요한 수산자원 중 하나이다. 하지만, 공장 의 산업화, 해양 환경오염, 그리고 지구 온난화로 인해 해양 어업 생산량이 급격히 떨어졌다. 우리나라 남해안의 주요 수산자원인 꼬막의 유전적 특성을 파악하기 위하여 꼬막의 전장유전 체를 해독하고 염색체 서열을 규명하였다. 915.4 Mb의 게놈을 조립하였고, 19개의 염색체 유전자 서열을 식별하였다. 꼬막의 유전체에서 25,134개의 유전자들을 확인하였고, 그 중에 22,745개 의 유전자들에 대한 기능을 확인했으며, 4,014개의 유전자들에 대한 KEGG pathway를 분석하 였다. 꼬막유전체와 8종의 다른 패류와 비교유전체 분석을 통하여 확장/감소(gene gain and loss) 분석을 수행한 결과, 725개의 유전자군의 확장과 479개의 유전자군의 감소를 확인하였다. 꼬막의 homeobox 유전자 클러스터는 촉수담륜동물 내에서 잘 보존된 유전자 구조를 보였다. 또한, 꼬막은 3개의 hemoglobin 유전자들이 피조개의 hemoglobin과 높은 유사성을 보였다. 꼬막의 전장유전체 정보를 통해 꼬막의 환경 적응과 진화의 유전적 특성과 생리적 특성뿐만 아니라, 꼬막 양식의 효율성을 높이는 양식산업에 널리 이용될 수 있는 유전적 정보를 제공 할 것이다.

꼬막 종류 중 하나인 Tegillarca granosa는 해양 이매패류로서 한국, 중국, 일본 등의 중요한 수 산 자원 중 하나이다. 꼬막의 염색체 수는 2n=38로 알려져 있지만, 유전체의 크기와 유전 정보에 대해서는 아직 명확하게 알려져 있지 않다. 꼬막의 유전체 크기 예측을 위하여 NGS Illumina HiSeq 플랫폼을 이용하여 얻은 짧은 DNA 서열 정보를 통하여 in silico 분석으로 유전 체 크기를 분석하였다. 그 결과 꼬막의 유전체 크기는 770.61 Mb로 예측되었다. 이후 MaSuRCA assembler를 통하여 드래프트 게놈 조립 작업을 수행하고, QDD pipeline을 이용하여 SSR (simple sequence repeats) 분석을 수행하였다. 꼬막의 유전체로부터 43,944개의 SSR을 발굴하였으며, 다이-뉴클레오타이드(di-nucleotide) 69.51%, 트라이-뉴클레오타이드(tri-nucleotide) 16.68%, 테 트라-뉴클레오타이드(tetra-nucleotide) 12.96%, 펜타-뉴클레오타이드(penta-nucleotide) 0.82% 그 리고 헥사-뉴클레오타이드(hexa-nucleotide) 0.03%로 구성되었다. 이후 꼬막의 유전적 다양성 연구에 활용할 수 있는 100개의 마이크로새틀라이트 마커의 프라이머 세트를 선별하였다. 앞 으로 이번 연구를 통해서, 꼬막의 집단유전학적 연구와 유전적 다양성을 규명하는데 도움이 될 것이며, 나아가 동종들 간의 원산지 분류를 알아낼 수 있을 것이다.

Riboswitches are structured RNA motifs that can directly bind specific metabolites. The binding of metabolites further regulates downstream metabolism eliminating the need for any regulatory proteins. We searched for novel bacterial vitamin B1 binding riboswitches in the metagenome of sun-dried saline soil. Soil microbial metagenomes were studied using NGS analysis. A total of approximately 50 Gb of the sequence data was obtained by Hi-seq and 454 GS FLX sequencing, and these sequences were subjected to riboswitch search. Hi-seq generated 614 contigs showing similarity to riboswitches, while 454-based sequencing generated 383 similar contigs. We matched whole metagenome contigs to local BLAST databases constructed using 91 previously known bacterial vitamin B1 thiamine pyrophosphate (TPP)-box motifs, and 11 SAM S-box motifs. Repetitive BLAST comparisons to local BLAST databases with nucleotide sequences from NGS identified 14 novel TPP-box motifs, and 7 S-box motifs respectively from the metagenome contigs. Further, RNA secondary structure analysis with public databases Rfam, and RibEx using these 21 riboswitch candidates revealed one contig, D8PYI to possess the most probable TPP-box structure. We constructed intragenic synthetic riboswitches to investigate whether the TPP-box motif region in D8PYI could harness gene expression in the presence of TPP. Construction of biosensors containing 100~400 bp fragments of D8PYI contigs, and in vivo imaging using the biosensors displayed TPP-specific changes in the expression of a green fluorescence protein reporter. In this regard, the adaptation of in silico riboswitch screening from environmental metagenomes could provide biosensors for detection of specific metabolites.

애멸구는 벼를 가해하면서 벼줄무늬잎마름병(RSV)을 매개하여 큰 피해를 주는 노린재목 멸구과(Delphacidae)에 속하는 벼의 주요 해충이다. 본 연구에서는 차세 대염기서열분석법(NGS)을 이용하여 이배체 양성생식을 하는 애멸구(상동염색 체: 14쌍, 성염색체: XX(♀), XO(♂))(Noda and Tatewaki, 1990)의 전장 게놈 유전 체 해독을 위한 준비단계로 해독 라인을 선발하고자 하였다. Paired-end sequencing 방법으로 얻어진 실내 누대 사육 애멸구 집단들(Y, S, NA, NB)의 게놈 염기서열을 k-mer distribution analysis를 통해 애멸구의 예상 게놈 사이즈와 Heterozygosity를 검토하였다. 그 결과 sequencing coverage 1 이후 좁고 높은 피크 가 형성된 집단은 찾지 못하였으나 그중 넓지만 상대적으로 높게 피크가 형성된 NB 집단을 통해 애멸구의 예상 게놈 사이즈는 약 528~559Mb로 추정되었다. NB 집단의 read sequence를 de novo contig assembly를 진행한 결과 total size 671Mb 로 나와 예상 게놈 사이즈와 100Mb 이상 차이를 보였다. NB 집단으로부터 Inbreeding 라인을 3세대 이상 만들어 애멸구 게놈 유전체 해독 라인으로 활용할 예 정이다.

누에핵다각체병바이러스 (Bombyx mori nucleopolyhedrovirus, BmNPV)는 나 비목 곤충을 감염시키는 대표적인 핵다각체병바이러스 중 하나이다. 이 바이러스 는 1970년대 말 증식이 가능한 배양세포계가 확립되고 유전공학의 발달에 의해 분 자유전학적 연구가 활발히 진행되고 있으나 국내에서는 유전자 분석에 대한 연구 가 미미한 실정이다. 그리하여 본 연구에서는 국내에서 분리된 BmNPV-K1, K4, K5 strain의 전체 염기서열을 분석하고 바이러스 간의 근연관계를 알아보았다. 그 결과, BmNPV-K1의 전체 염기서열은 126,747 bp로 이루어져 있었고 131개의 open reading frame (ORF)를 가지는 것으로 예측되었다. 반면, BmNPV-K4와 K5 는 각각 128,618 bp, 127,554 bp로 이루어졌고 134개, 133개의 ORF를 가지는 것으 로 예측되었다. 대부분의 ORF는 높은 상동성을 보였으나, 흥미롭게도 baculovirus repeated ORFs (bro) gene의 보유에 따라 전체 ORF의 수가 다르게 나타났다. 또한, 근연관계를 알아보기 위해 계통분석을 수행한 결과 가까운 근연관계를 보였으나, BmNPV-K1, K4, K5는 같은 지질학적 위치나 곤충 기주를 가지고 있는 바이러스 임에도 불구하고 다른 유전형을 가지는 것으로 확인되었다.

미국흰불나방은 가로수에 커다란 피해를 주고 있는 해충으로, 우리나라에서는 연간 2회 발생한다. 우리나라 곤충바이러스 연구는 1974년 미국흰불나방 (Hyphantria cunea)에서 베큘로바이러스(baculovirus)를 분리하여 병원성이 높은 것을 확인하면서 해충 종합적 방제를 위해 연구가 시작되었다. 본 연구에서는 미국 흰불나방 자연 사충으로부터 과립병바이러스(granulovirus)를 분리하고 바이러스 의 특성을 이해하기 위해 게놈 분석을 시행하였다. 미국흰불나방 과립병바이러스 의 전체염기서열의 분석은 454 pyrosequencing 방법을 이용하였고, 크기는 114.556bp 로 판명되었다. 또한 G+C 함량은 전체염기서열의 39.30 %를 차지하였 고, 130개의 open reading frame (ORF)를 갖는 것으로 나타났다. 130개의 ORF 중 106개의 ORF가 기존에 보고된 베큘로바이러스와 상동성을 갖는 것으로 확인되었 다. 기존에 전체염기서열이 분석된 다른 베큘로바이러스들과 계통분석을 수행한 결과, 과립병바이러스 중 씨자무늬거세미방나방 과립병바이러스와 근연관계를 갖는 것으로 확인되었다.

과수작물은 국내 농업총생산액의 8.3%정도를 차지하는 주요 작목으로 목본성, 영년생 식물에 해당하며 열매가 재배의 최종산물이다. 영년생 식물의 특성 상 종자의 발아에서부터 개화까지 길게는 10년 이상의 기간이 소요되어 세대진전이 늦기 때문에 교배 후 후대의 전개와 조사가 어렵다. 또한 많은 경우 자가불화성과 교배불친화성이 존재하기 때문에 유전형이 이형접합상태이므로 유전특성을 분석하고 이해하는데 어려움이 크다. 따라서 유전현상에 대한 이해도가 낮아 효율적이고 정밀한 품종육성에 큰 제한이 되고 있다. 최근 NGS 기반의 대량 유전정보의 활용기술은 과수작물에서도 유전현상 이해의 어려움을 극복할 수 있는 새로운 기술로 각광 받고 있다. 대규모 과수작물의 유전체 육종 연구가 미국, 유럽 등 선진국을 중심으로 추진 중이지만 아직까지 초본성 작물에 비해 시작단계에 불과하므로 아직까지 기술적 수준 차가 크지 않아 연구와 기술개발의 경쟁력이 있다고 할 수 있다. 국내에서는 농생물게놈활용연구사업단에서 교목성 자가불화합성 장미과 과수인 사과와 배, 덩굴성 자가화합성 과수인 포도를 대표작물로 선정하고 1단계에서 핵심집단을 구축한 바 있으며, 현재 자원을 이용한 게놈전체연관분석이 추진 중이다. GWAS기술을 이용한 유용유전자의 동정과 분자표지의 개발은 과수작물이 가진 유전분석의 어려움을 극복하고 유전자원을 이용하여 농업적으로 중요한 형질과 관련된 유전자를 탐색과 이용에 대한 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 따라서 그 연구결과는 해당 작물뿐 아니라 과수 전체의 유전현상에 이해를 높이고 고효율, 정밀 육종을 통해 국내 과수육종의 경쟁력을 크게 증진할 수 있을 것이다.