조･만생종 완전단감의 과실발달 단계별 형질특성 및 유전자 발현 분석 (Traits and Gene Expression Analysis of Early and Late Ripening Pollination Constant Non-Astringent Persimmon Fruits at Different Developmental Phases)

서지정보

· 발행기관 : 한국원예학회
· 수록지 정보 : 원예과학기술지 / 39권 / 3호 / 387 ~ 401페이지
· 저자명 : 김은경, 안광환, 박기림, 손병구, 최영환, 강점순, 이용재, 제병일, 박영훈

초록

완전단감 품종 중 만생종인 ‘부유’와 조생종인 ‘조추’의 과실 발육 단계 별 주요 형질과 과실 내 발현되는 전사체의 비교 분석을 통해, 만생종과 조생종 간 숙기 조절 관련 유전자를 탐색하였다. 개화 후 6주부터 ‘조추’는 개화 후 18주까지, ‘부유’는 24주까지 과피색과 유리당 함량을 3주 간격으로 조사한 결과 ‘조추’의 과실 성숙이 ‘부유’보다 이른 시기에 시작됨을 보여 주었다.
색도는 ‘부유’에 비해 ‘조추’에서 과피 착색이 빠르게 진행되었고, 개화 후 18주에 두 품종 간 차이가 현저하게 드러났다. 과실내 유리당 함량을 조사한 결과, ‘조추’의 서당 감소 시점이 ‘부유’에 비해 약 9주 빨랐다. 두 품종의 과육 전사체 분석은 개화 후9주부터 18주까지 3주 간격으로 수행하였다. 전사체의 GO term 분석에서는 세포와 세포소기관에서 대사과정과 발육을 조절하는 촉매작용과 수송 관련 유전자, 그리고 KOG 분석과 KEGG pathway 분석에서는 신호전달과 핵산구조, 전분과 당 대사에관한 pathway 유전자가 주를 이루었다. DEGs 분석은 각 품종의 개화 후 9주의 과육 샘플을 대조구로 하여 이후 18주까지 3주간격의 샘플을 처리구로 비교한 DEGs set Ⅰ과 각 단계별로 ‘부유’를 대조구로 하고 ‘조추’를 처리구로 비교한 DEGs set Ⅱ로분석하였다. DEGs set Ⅰ의 발현량을 분석한 결과, 3가지 비교조합 중에서 ‘부유’는 개화 후 18주에, ‘조추’는 15주에 대조구에 비해 처리구에서 up-regulation된 유전자의 개수가 가장 많았다. DEGs set Ⅱ에서는 ‘부유’에 비해 ‘조추’에서 개화 후 12주에 down-regulation되는 유전자가, 15주에는 up-regulation되는 유전자가 많았다. 과실 형질 관련 후보유전자의 발현량을형질변화와 비교 분석한 결과, 탄수화물 대사에 관련된 UGPase-1과 AGPase-1, 카로티노이드 생합성 경로의 CRTISO와PDS는 ‘조추’의 조기 과실 성숙을 유도하는 유전자로 추정되었다. Transcription factor(TF)로는 ethylene responsive gene의promoter에 결합하는 ERF3와 ACS의 promoter에 결합하는 MADS-box TF인 RIN, AGL, FUL, 그리고 climacteric type의성숙을 조절하는 NAC가 ‘부유’, ‘조추’ 단감의 성숙 조절에 핵심적 역할을 하는 것으로 추정되었다.

영어초록

We analyzed the major fruit traits and transcriptomes between a late-ripening cultivar ‘Fuyu’ and anearly-ripening cultivar ‘Soshu’ of pollination constant non-astringent persimmon (Diospyros kakiThunb.) at different developmental stages. Sugar concentration and fruit peel color were measuredevery 3 weeks, until 18 weeks after full bloom (WAB) for ‘Soshu’ and 24 WAB for ‘Fuyu’. For thesugar concentration in fruit, sucrose levels began to decline 9 weeks earlier in ‘Soshu’. Fruit peelcoloring progressed faster in ‘Soshu’, and differences in color between the cultivars were mostnotable at 18 WAB. Transcriptome analysis was carried out for fruit flesh every 3 weeks from 9-18WAB. Gene ontology term analysis of the transcriptome indicated that catalytic and transport genesinvolved in metabolism and growth in cells and cellular organelles were mainly expressed, while inKOG and KEGG analysis, the majority of expressed genes were related to signal transduction,nuclear structure, and starch and sucrose metabolism. Differentially expressed genes were analyzedfrom two sets of samples: set I, in which fruits sampled at 12, 15, and 18 WAB were compared as thetreatment group to the sample collected at 9 WAB as the control for each cultivar; and set II, inwhich fruit samples of ‘Soshu’ were compared as the treatment group to ‘Fuyu’ as the control ateach WAB. For the DEGs of set I, containing three comparison combinations, the number of up-regulatedgenes in the treatment sample was highest at 18 WAB in ‘Fuyu’ and at 15 WAB in ‘Soshu’. For theDEGs of set II, the number of down-regulated genes and the number of up-regulated genes werehigher in ‘Soshu’ compared to ‘Fuyu’ at 12 WAB and 15 WAB, respectively. We then compared theexpression patterns of fruit trait-related genes with the phenotypic changes in traits. Our resultsindicated that UGPase-1 and AGPase-1, involved in carbohydrate metabolism, and CRTISO andPDS, involved in carotenoid biosynthesis, may induce early fruit ripening in ‘Soshu’. In addition,the transcription factors (TFs) ERF3, which binds to the promoter of ethylene-responsive genes; the MADS-box TFsRIN, AGL, and FUL; and the NAC TF controlling climacteric-type fruit ripening were considered to play a key role incontrolling fruit ripening in ‘Fuyu’ and ‘Soshu’.

참고자료

· 없음