일본 오렌지 당근 F2 개체군의 뿌리 색상 및 카로티노이드 함량에 대한 QTL 식별

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8063(2022) 이 기사 인용

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당근은 인간의 식단에서 프로비타민 A의 주요 공급원입니다. 당근 육종에서 가장 중요한 두 가지 특성은 카로티노이드 함량과 뿌리 색상입니다. 이러한 특성과 관련된 게놈 영역을 조사하고 당근 육종을 위한 DNA 마커를 개발하기 위해 우리는 오렌지 뿌리 당근의 교배에서 파생된 두 F2 개체군에서 게놈 차원의 단일 염기 다형성(SNP)을 사용하는 일반 라이너 모델을 기반으로 연관 분석을 수행했습니다. 일본에서 자란. 분석 결과 21개의 중요한 정량적 특성 유전자좌(QTL)가 밝혀졌습니다. QTL 검출을 검증하기 위해 우리는 이러한 모집단의 복합 간격 매핑을 기반으로 QTL 분석을 수행하고 32개의 QTL을 검출했습니다. 11개의 QTL이 연관성 분석과 QTL 분석 모두에 의해 검출되었습니다. 일부 QTL의 물리적 위치는 두 가지 가능한 후보 유전자, 시각적 색상 평가를 위한 Orange(Or) 유전자, β에 대한 α- 및 β-카로틴 함량 및 발색체 특이적 리코펜 β-사이클라제(CYC-B) 유전자를 제안했습니다. /α 카로틴 비율. Or에서 개발된 KASP 마커는 서로 다른 관련 육종 계통의 정량적 색상 차이를 구별합니다. 검출된 QTL과 DNA 마커는 당근 육종과 오렌지색 당근의 카로티노이드 생합성 및 축적에 대한 이해에 기여할 것입니다.

인간의 식단에서 프로비타민 A 카로틴의 주요 공급원인 당근(Daucus carota L.)은 전 세계적으로 소비됩니다1. 당근은 원근에 풍부한 카로티노이드를 축적하며 이러한 카로티노이드(당근 뿌리의 주황색 색소 침착을 담당)는 건강상의 이점을 제공하는 것으로 생각됩니다2. 당근 원뿌리에서는 주황색, 흰색, 노란색, 빨간색, 보라색을 포함한 다양한 색상이 관찰되었습니다. 당근의 뿌리 색상과 카로티노이드 함량에 대한 정량적 특성 유전자좌(QTL) 분석과 연관 연구가 여러 집단에서 수행되었으며 중요하고 유용한 QTL이 보고되었습니다3,4,5,6. 이 연구에서는 주황색과 흰색3,4,5, 주황색과 진한 주황색4과 같이 명확하게 다른 뿌리 색상을 나타내는 계통 간 교배에서 파생된 개체군을 사용했으며, 다른 연구에서는 흰색, 노란색, 빨간색 및 주황색 당근에서 파생된 교배 개체군을 사용했습니다6.

카로티노이드 생합성은 잘 확립되어 있으며, 고도로 보존된 카로티노이드 생합성 경로는 많은 식물 종에서 특성화되었습니다(그림 1)7,8,9. 당근에서는 여러 카로티노이드 생합성 유전자가 매핑되었으며3, 방출된 당근 전체 게놈 서열은 카로티노이드 생합성 경로10,11에 관여하는 이종 및 상동 유전자를 보여주었습니다. 카로티노이드 생합성과 당근 축적에 관여하는 여러 유전자도 확인되었습니다. 카로티노이드 생합성 경로에서 카로틴 수산화효소 CYP97A3의 오솔로그가 당근에서 확인되었습니다. 이는 α-카로틴, 총 카로티노이드 함량 및 α/β 카로틴 비율을 제어합니다12. 카로티노이드 생합성 경로에 대한 후보 유전자 연관 연구에서는 총 카로티노이드 및 β-카로틴 함량과 제아잔틴 에폭시다제(ZEP), 파이토엔 불포화효소(PDS) 및 카로티노이드 이소머라제(CRTISO) 유전자 사이의 연관성이 밝혀졌습니다. 유전자 CRTISO 및 색소체 말단 산화효소(PTOX), 색상 구성 요소와 유전자 ZEP6 사이.

카로티노이드 생합성 경로. 카로티노이드 생합성 경로는 검은색으로 표시되고, 카로티노이드 생합성 유전자는 파란색으로 표시됩니다. Stanley et al.8 및 Al-Babili et al.9에서 수집 및 요약된 그림입니다. PSY, 피토엔 합성효소; PDS, 피토엔 불포화효소; Z-ISO, ζ-카로틴 이성질화효소; ZDS, ζ-카로틴 불포화효소; CRTISO, 카로틴 이성질화효소; LCYE, 리코펜 ε-사이클라제; LCYB, 리코펜 β-사이클라제; CYP97A3, 시토크롬 P450형 β-수산화효소; CYP97C1, 시토크롬 P450형 ε-수산화효소; CYC-B, 발색체 특이성 리코펜 β-사이클라제; BCH, β-카로틴 수산화효소; ZEP, 제아잔틴 에폭시다제; NSY, 네오잔틴 신타제; CCS, 캡산틴-캡소루빈 합성효소.