호주 망고(Mangifera indica) 유전자 풀의 표현형 다양성에 대한 유전 구조의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20614(2022) 이 기사 인용

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게놈 선택은 새로운 품종의 개발을 가속화하기 위한 나무 작물의 유망한 육종 기술입니다. 그러나 유전 구조와 같은 요인은 서로 다른 특성 값을 가진 개체군 간의 공유 역사로 인해 유전자형과 표현형 사이에 잘못된 연관성을 만들 수 있습니다. 따라서 유전적 구조는 게놈 선택 모델의 기본 요구 사항인 표현형 지도에 대한 유전자형의 정확성을 감소시킬 수 있습니다. 여기에서 우리는 호주 망고 유전자 풀의 유전 구조가 몸통 둘레, 과일 홍당무 색상 및 강도의 변화를 설명하는지 여부를 조사하기 위해 208개의 Mangifera indica 가입에서 272개의 단일 염기 다형성을 사용했습니다. 다중 집단 유전자 분석에서는 4개의 유전자 클러스터가 존재함을 나타내며 가장 유전적으로 차별화된 클러스터에는 동남아시아(주로 태국 출신)에서 수입된 유전자가 포함되어 있음을 보여줍니다. 우리는 유전 구조가 M. indica의 몸통 둘레, 과일 홍조 색상 및 강도의 세 가지 특성과 강력하게 연관되어 있음을 발견했습니다. 이는 이러한 가입의 역사가 호주 망고 유전자 풀에서 유전자좌와 주요 망고 표현형 사이의 허위 연관성을 유도할 수 있음을 시사합니다. 유전자형과 표현형 간의 연관성에 이러한 유전적 구조를 통합하면 게놈 선택의 정확성이 향상되어 향후 새로운 품종 개발에 도움이 될 수 있습니다.

원예 작물은 지속 가능한 식량 생산1과 관상용 및 산업적 용도에 필수적입니다. 나무 작물은 연간 농작물보다 시간이 지남에 따라 더 지속 가능하게 재배될 수 있으므로 증가하는 세계 인구의 식량 공급을 관리하는 데 도움이 됩니다2. 생산성과 품질이 향상된 신품종을 창출하기 위해서는 생산의 생물학적 한계를 극복하는 육종기술의 개발이 필요합니다. 망고와 같은 열대 종은 종종 크고 활발하여3, 과수원 공간보다 빠르게 자라는 캐노피로 이어집니다. 이는 그늘을 생성하여 질병의 번식지를 제공합니다4. 나무 크기의 부작용을 피하기 위해 나무는 전통적으로 낮은 밀도로 심고 매년 심하게 가지치기를 하여 헥타르당 전체 생산량이 감소하고 단위 생산량당 비용이 증가합니다. 결과적으로 고품질 과일의 높은 수확량을 유지하면서 더 작고 덜 활발한 나무를 육종하려는 연구가 진행 중입니다5,6. 이러한 노력을 통해 헥타르당 더 많은 과일을 생산하는 집약적, 고밀도 과수원에서 재배할 수 있는 망고가 생산될 것입니다7.

표현형 다양성에 대한 다양한 공간적, 시간적 환경의 영향을 설명하기 위해 수년에 걸쳐 성숙한 나무의 표현형 성능을 평가해야 하기 때문에 전통적인 나무 육종은 느립니다. 긴 유년기(일반적으로 2~4년4)와 결합된 이러한 평가로 인해 포장 재배 후 최대 10년 이상의 선택 과정이 발생하여8 새로운 품종의 신속한 개발이 불가능해질 수 있습니다. 사과9, 달콤한 체리10 및 딸기11에서 입증된 것처럼 게놈 선택을 사용하여 젊은 개체의 미래 표현형 성능을 예측함으로써 품종 개발 시간을 줄일 수 있습니다. 게놈 선택은 훈련 집단의 유전자형 대 표현형 지도를 사용하여 마커 데이터를 사용하여 테스트되지 않은 집단의 표현형 변이를 예측합니다. 따라서 일단 게놈 선택 모델이 만들어지면 표현형 핵심 특성의 기간과 비용이 줄어들 수 있습니다. 따라서 나무 크기와 자손의 활력에 대한 게놈 선택은 육종 과정을 개선하고 전통적인 육종 접근 방식에 비해 망고 육종 비용을 줄일 수 있습니다.

게놈 선택의 기본 가정은 유전적 표지가 관심 특성에 기여하는 원인 유전자좌와 염색체에서 밀접하게 연결되어 있다는 것입니다14. 일반적으로 마커가 원인 유전자좌에 가까울수록 유전자형 대 표현형 지도가 더 정확해집니다. 그러나 유전적 구조는 물리적으로 연결되지 않은 유전자좌 사이에 통계적 연관성을 만들 수 있습니다. 이는 이동, 표류 및 돌연변이와 같은 진화적 힘으로 인해 연결되지 않은 유전자좌 사이의 대립유전자 조합이 우연히 예상되는 것보다 더 흔해질 수 있기 때문에 발생합니다15. 따라서 유전적 구조는 유전적 표지와 특성 사이에 잘못된 연관성을 만들어 낼 수 있습니다. 더욱이, 유전자 구조는 현대 작물, 특히 인간 이주를 통해 전 세계로 이동하는 작물에서 흔히 만연하며, 이는 인구 규모의 급격한 변동을 경험하고 유전적으로 관련된 개체를 유리한 특성과 교배한 후 근친 교배로 고통받을 가능성이 높습니다.