In this study, we developed 11 microsatellite markers specific to A. crataegi using NGS to investigate the genetic relationships of A. crataegi populations from South Korea to circumferential Asian countries (China, Russia, Mongolia, and Japan). Further, two mitochondrial DNA (mtDNA) gene segments (COI and CytB) were sequenced from the samples. The population- and individual-based Principal Coordinates and STRUCTURE analyses collectively suggested that the South Korean population of A. crataegi is most differentiated from the Japanese population, whereas it was closer to Mongolian and Chinese populations. These results collectively suggest that northern populations, in particular, Mongolian populations can be considered as the most genetically compatible one as donee population, when the reintroduction program is launched. †These authors contributed equally to this paper.

유전자 친자확인시험법은 동일 종 내에서도 개체를 식별 할 수 있는 강력한 분자진단체계이다. 반달가슴곰 우수리아 종(Ursus thibetanus ussuricus)은 한반도를 비롯한 중국, 러시아 등지에 분포하나, 우리나라에서는 지역적으로 절멸된 것으로 추정되고 있으며, 현재는 멸종위기야생생물Ⅰ급으 로 지정되어 있고, 북한, 러시아, 중국 등에서 재도입되어 종복원이 진행 중에 있다. 본 연구는 우리나라에 재도입된 반달가슴곰집단의 친자확인, 가계도 작성, 미확인개체 추적 등 방사개체의 관리에 요구되는 분자진단체계의 구축을 위하여 차세대염기서열분석법을 통해 결정한 반달가슴곰 전 장유전체 서열(whole genome sequence, WGS)에서 미세 부수체(microsatellite, MS) 마커 개발을 목적으로 하였다. 전장유전체 서열은 총 12개체의 혈액 DNA를 이용하여 결정하였고, 결정된 서열에서 총 1,730,507개의 단순반복서열(simple tandem repeat, STR)의 정보를 발굴하였다. 이 중 반복단위(repeat unit)의 길이가 2-6 nt로 구성된 STR은 총 5,954개였다. WGS 상에서 검출된 STR의 관찰이형접합율(observed heterozygosity, Ho)을 고려하여 총 97종을 1차 선정하였다. 부-모-자 유전자형의 멘델유전(mendelian inheritance)을 만족하는 48종의 마커를 반달가슴곰 전체 집단에 적용하여 시험하였고, 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)을 통해 유전자형을 결정하였다. 유전 자형의 다양성지수와다형정보량(polymorphic information content, PIC), 동일개체출현율을 고려하여 최종 15종의 MS 마커 세트를 구성하였다. 분석결과, 전체 집단에서 출현한 평균 대립유전자의 수는 6.267개였으며, 기대이형접합율(expected heterozygosity)는 평균 0.7242을 나타내었다. 평균 PIC는 0.6718, 동일개체 출현율은 1.867×10-14 수준으로 높았으나, 부권부정율은 0.00337로 다소 낮은 수준을 보였다. 재도입된 1세대집단 전체에서는 평균 대립유전자 수 5.867개, 평균 기대이형접합율 0.7217, 평균 PIC 0.6573을 나타내었고, 후손 전체에서는 평균 대립유전자 수 5.933개, 평균 기대이형접합율 0.7140, 평균 PIC 0.6554를 나타내었다. 하지만, 후손집단을 2세대와 3세대로 구분했을 때, 2세대는 평균 대립유전자 수 5.867, 평균 기대이형접합율 0.722, 평균 PIC 0.657, 3세대는 평균 대립유전자 수 4.467, 평균 기대이형접합율 0.694, 평균 PIC 0.601을 나타내어 세대가 진행될수록 대립유전자의 수와 기대이형접합율, PIC 모두 감소하는 경향을 나타내었다. 최종 선정된 15개의 MS 마커체계를 이용하여 반달가슴곰 집단에 대한 미확인 개체 추적, 친자확인 등을 시험하였다. 최근 포획된 개체들 중에서 개체명이 확인되지 않았던 4개체는 자연출생 2세대, 3세대, 전파발신기가 탈락된 방사 1세대로 확인 되었다. 또한 동일성검사 결과 올해 5월 교통사고를 당한 반달가슴곰은 KM-53이며, 올해 출생한 새끼 반달가슴곰들에 대한 검사를 통해 2개체가 인공수정에 의해 출생한 것으로 확인되었다. 이상의 결과들은 본 연구에서 확립한 MS 마커의 조합이 자연방사와 자연출생 개체들로 구성된 반달 가슴곰 집단의 개체관리를 위한 분자마커체계로 유용하게 이용될 수 있음을 보여주고 있다. 또한 본 연구를 통해서 확립된 MS 마커들은 현재 지리산과 수도산에 서식하고 있는 반달가슴곰 집단의 개체관리, 미확인 개체 추적, 친자확인 등 유전자분석에 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 아울러 향후 유전적 다양성 증진, 집단간 교류개체 선정 등에도 필요한 유전 정보를 제공할 수 있을 것이다. 결론적으로 반달가슴곰 전장유전체 서열을 토대로 마련된 분자진단체계는 향후 반달가슴곰의 보호와 생태복원을 위한 종복원에 기여할 것으로 기대된다.

The black-veined white, Aporia crataegi (Lepidoptera: Pieridae), which is distributed mainly in Eastern Asia is presumed to be extinct in South Korea, only with some numbers of dried specimens left, whereas the species is found casually in circumferential countries. One of the common conservation practices for such species is to launch introduction program, but prior population genetic analysis between donor and donee populations might be essential for long-term conservation. In this study, we developed 11 microsatellite markers specific to A. crataegi using Illumina paired-end sequencing to investigate the genetic relationships of A. crataegi populations from South Korea and circumferential Asian countries (China, Russia, Mongolia, and Japan). Further, two mitochondrial DNA (mtDNA) gene segments (COI and CytB) were sequenced from the samples. The population- and individual-based Principal Coordinates and STRUCTURE analyses collectively suggested that the South Korean population of A. crataegi is most differentiated from the Japanese population, whereas it was closer to Mongolian and Chinese populations. The STRUCTURE analysis based on two concatenated mtDNA gene sequences also supported different genetic composition of Japanese population from the remaining populations including that of South Korea and rather similar genetic composition between the populations of South Korea and Mongolia. These results collectively suggest that northern populations, in particular, Mongolian populations can be considered as the most genetically compatible one as doner population, when reintroduction program is launched.

The Japanese oak silkmoth, Antheraea yamamai Guérin-Méneville 1861 (Lepidoptera: Saturniidae), is one of the important natural resources possessing industrial value for silk fiber production. In this study, ten microsatellite markers and two mitochondrial DNA (mtDNA) gene sequences (COI and ND4) were used to investigate the genetic variation and geographic structure of A. yamamai populations in South Korea. Two mtDNA gene sequences revealed very low total genetic variation and resultant low geographic variation, validating to use further variable molecular markers. Population-based FIS, FST, RST, and global Mantel test consistently support that A. yamamai populations are overall well interconnected with a relatively high gene flow. Nevertheless, STRUCTURE analysis using microsatellite data and mtDNA sequences coincidently indicate the presence of two genetic pools in many populations.

한우 이력추적제에 적용되는 11개의 MS marker (TGLA227, BM2113, TGLA53, ETH10, SPS115, TGLA126, TGLA122, ETH3, ETH225, BM1824 and INRA23)와 성감별을 위한 2개의 sexing primer로 조합된 하나의 Multiplex PCR set를 이용하여 모근에서 추출한 genomic DNA를 이용해 3510두의 대량 시료를 분석한 결과 3.93%의 genotyping 실패율로 성공적인 분석결과를 얻었다. 무작위교배집단으로 가 정 시 동일개체출현확률 (PI)은 1.31×10-23, 반형매교배집단으로 가정 시 동일개체출현확률 (PIhalf-sibs)은 2.52×10-16 그리고 전형매교배집단으로 가정 시 동일개체출현확률 (PIsibs)은 1.09×10-6으로 나타나 현재 사용 중인 11종의 MS marker는 범용적으로 사용하여도 무방할 것으로 재확인 되었다. 또한 생산 및 사 육단계의 생우의 경우 모근을 이용하여 DNA를 추출하는 것은 시료 채취 시 소에게 주어지는 스트레스를 최소화 시킬 수 있을 뿐만 아니라 대립유전자형 분석에 있어서 시간적, 경제적인 효율성을 높일 수 있었 다. 또한 모근 채취 부위 중 등, 배, 꼬리상부와 꼬리하부를 이용하여 검정한 결과 꼬리하부의 모근을 이 용하여 5~13가닥을 사용했을 때 최적의 분석결과를 보였다. 최종적으로 한우의 사육단계 대량 유전자형 분석에 적용 가능한 96 well 단위를 기본으로 하는 모근 DNA분리 체계를 확립하였다.

The silkworm (Bombyx mori), as an industrial insect, possesses a high economic value. Casual discrimination and accumulated genetic information of silkworm varieties are essential ground for the practical utilization and long-term conservation. In this study, nine available microsatellite loci were successfully genotyped from ~50 silkworm strains preserved in Korea. According to genotyping analysis, we obtained 3 ~ 16 alleles per locus, with an average of 7.4, the observed heterozygosity ranging from 0.04 to 0.98, and the polymorphic information content (PIC) ranging from 0.06 to 0.88, revealing that some loci are highly variable. Among 54 strains 13 strains were casually identified by the presence of 17 strain-specific apomorphic alleles. Furthermore, 30 among remaining strains contained strain-specific allele combinations that are also apomorphic to each strain, allowing us to discriminate each of these from other strains by genotyping of multiple loci. These results collectively suggest that the silkworm microsatellite DNA is actually and potentially important molecular marker for the discrimination of the silkworm strains that are preserved as hundreds in Korea, as more loci are genotyped.

Neoseiulus womersleyi (Schicha) (Acari: Phytoseiidae) is one of the most important predators of spider mites in Japan. Various characteristics have been studied in this species. However, because there is a lack of genetic markers, genetic diversity within and among populations has not been well elucidated. Microsatellites, short stretches of tandem-repeated 1- to 5- nucleotide sequences, are ubiquitously present in eukaryotic genomes and are highly polymorphic. Their high polymorphism makes them suitable markers for studying intra-specific variation. In this study, we developed microsatellite markers in N. womersleyi, and then examined genetic diversity in their populations. Microsatellite enriched genomic DNA library was contracted and sequenced from a single female adult. Of the 40 plasmids sequenced, 31 plasmids showed microsatellite sequences and 24 plasmids were unique. Finally, we could design primers on three loci. When tested their diversity on one wild and two laboratory populations, five to 18 alleles were detected. The wild population showed highest genetic diversity, and this divergence decreased in rearing populations. To investigate the effects of different rearing conditions, genetic diversity in two rearing populations, which were different in population size, were compared with those in the original wild populations. The allelic richness and gene diversity were not significantly different between wild and large-size populations, while the values were significantly decreased in small-size populations. Thus, 40 to 60 females per generation was sufficient to conserve the genetic diversity in N. womersleyi populations during laboratory rearing. In conclusion, the microsatellite markers developed were useful to evaluate genetic diversity in wild and laboratory populations of N. womersleyi.

본 연구에서는 대추나무 육종 연구 및 품종식별 등에 활용 가능한 microsatellite DNA표지를 개발 하였다. 또한 개발된 표지를 이용하여 국내 대추 3품종 8점(복조, 이조, 슈퍼왕대추)과, 중국에서 수집된 11품종을 분석하여 품종별 고유 DNA profile를 작성하고 품종 간 유연관계를 분석하였다. 대추나무 엽시료에서 DNA를 분리하고, Glenn과 Schable(2005)의 방법에 따라 microsatellite enrichment 라이브러리를 작성하였다. 작성된 라이브러리로부터 microsatellite repeat을 가지는 62개 contig 서열(Genebank Acc. No. KJ156642 - KJ156703)을 확보하고 이로부터 총 22개의 primer를 디자인 하였다. 이 중 품종 간 변이가 있고 재현성이 높은 15개 primer를 최종 선정하여 분석에 사용하였다. 대추나무 14품종 19점 시료를 분석한 결과 유전자좌에 따라 2개에서 7개의 대립유전자가 관찰되어 모든 유전자좌에서 다형성이 확인되었다. 국내 품종인 복조, 이조 및 슈퍼왕대추는 품종 내 개체 간 변이는 전혀 관찰되지 않았고, 품종 간에는 유전적 거리가 0.43-0.63사이 값을 보여 품종 식별에 활용 가치가 높은 것으로 판단되었다. UPGMA dendrogram을 통한 품종 간 유연관계를 분석한 결과 최근 우리나라에서 인기 있는 ‘슈퍼왕대추’는 중국에서 수집된 다른 대립종들과 유전적으로 유사한 경향을 보였다. 우리나라에서 널리 재배되는 ‘복조’ 품종은 중국 섬서성에서 수집된 ‘대백령’과 유전적으로 가장 가까웠다. 본 연구에서 개발된 microsatellite 표지는 대추나무 품종 유전·육종 연구 뿐 아니라, 품종 식별을 통한 유통단속에도 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Genetic background and phylogenetic relationships among 20 Korean wheat cultivars were assessed using microsatellites after amplifying with 13 SSR primer pairs. Average allele number per primer pair was 3.36. Genetic similarities for every pair of cultivars ranged from 0.42 to 0.97, with 0.69 of overall average. Korean cultivars were divided into two major groups based on microsatellite DNA polymorphisms. Group I consisted of relatively old cultivars developed until 1970s, and group II contained the recent cultivars developed during 1980s and 1990s. Amongst old elite cultivars/lines, ‘Yukseung 3’, ‘Norin 12’ and ‘Norin 72’ contributed most to the genetic background of cultivars belonging to group I, and ‘Norin 4’, ‘Norin 12’, ‘Norin 43’ and ‘Norin 72’ to group II, respectively. The phylogenetic relationship of Korean wheat cultivars was in accordance with the genealogical data of each cultivar. The genetic background of each cultivar was assessed from the point of breeding and germplasm management such as variety identification and duplicated accessions for assisting in developing a system for the registration of new variety based on the molecular characterization in future.

Genetic diversity and soybean sprout-related traits were evaluated in a total of 72 soybean accessions (60 Glycine max, 7 Glycine soja, and 5 Glycine gracilis). 100-seed weight (SW) was greatly varied and ranged from 3.2g to 32.3g in 72 soybean accessions. Positive correlation was observed between GR and hypocotyl length (HL), whereas negative correlation was observed between SW and hypocotyl diameter (HD). Re-evaluation by discarding two soybean genotypes characterized with low GR indicated that much higher correlation of sprout yield (SY) with HD and SW. Based on the principal component analysis (PCA) for sprout-related traits, 57 accessions were classified. Soybean genotypes with better traits for sprout, such as small size of seeds and high SY, were characterized with high PCA 1 and PCA 2 values. The seed size in second is small but showed low GR and SY, whereas the third has large seed, high GR and more than 400% SY. In genetic similarity analysis using 60 SSR marker genotyping, 72 accessions were classified into three major and several minor groups. Nine of twelve accessions that were identified as the representatives of soybean for sprout based on PCA were in a group by the SSR marker analysis, indicating the SSR marker selection of parental genotypes for soybean sprout improvement program.