Rediscovery of haploid breeding in the genomics era
Seulki Lee, Jung Sun Kim, Sang-Ho Kang, Seong-Han Sohn, So Youn Won
2016
Journal of Plant Biotechnology
Advances in DNA sequencing technologies have contributed to revolutionary understanding of many fundamental biological processes. With unprecedented cost-effective and high-throughput sequencing, a single laboratory can afford to de novo sequence the whole genome for species of interest. In addition, population genetic studies have been remarkably accelerated by numerous molecular markers identified from unbiased genome-wide sequences of population samples. As sequencing technologies have
more »
... d very rapidly, acquiring appropriate individual plants or populations is a major bottleneck in plant research considering the complex nature of plant genome, such as heterozygosity, repetitiveness, and polyploidy. This challenge could be overcome by the old but effective method known as haploid induction. Haploid plants containing half of their sporophytic chromosomes can be rapidly generated mainly by culturing gametophytic cells such as ovules or pollens. Subsequent chromosome doubling in haploid plants can generate stable doubled haploid (DH) with perfect homozygosity. Here, classical methodology to generate and identify haploid plants or DH are summarized. In addition, haploid induction by epigenetic regulation of centromeric histone is explained. Furthermore, the utilization of haploid plant in the genomics era is discussed in the aspect of genome sequencing project and population genetic studies. 서 론 반수체(haploid)는 정상적인 개체가 갖는 염색체 수(2n)의 절반, 즉 배우체의 핵형(n)을 갖는 개체를 일컫는다. 반수 체 식물은 모본보다 크기가 작고 활력이 낮으며 정상적 인 감수분열이 불가능하여 세대의 진전이 불가능한 반 면, 반수체가 자연적으로 혹은 인위적으로 염색체가 2배 로 증가된 배가반수체(doubled haploid, DH)를 형성하면 상동염색체가 동형(homozygous)인 상태로 안정적으로 발 달하고 세대를 진전한다. 이러한 반수체 육종은 5~7회 의 반복적인 자가수분을 수행하는 것보다 단기간에 순계 화를 가능하게 하여 육종에 걸리는 시간을 단축하고, 열 성형질의 표현형도 즉시 확인할 수 있다는 장점이 있다. 1922년도에 독말풀(Datura stramonium)에서 반수체 식물 이 최초로 발견된 이후(Blakeslee et al. 1922) 많은 식물종 에서 반수체를 생산하려는 노력이 활발히 진행되어 반수 체 육종은 중요한 육종기술로 여겨져 왔다. 반수체는 감수분열로 염색체의 수가 절반인 생식세포 를 기반으로 생산되며, 부계의 웅핵 기원과 모계의 난핵 세포 기원으로 분류된다. 한편, 생성방법에 따라서 자연 적 발생과 인위적 유도에 의한 발생으로 구분되며, 인위 적 유도는 교배를 통한 생체내(in vivo) 유도와 조직배양 을 통한 기내(in vitro) 유도로 더욱 구분된다. 자연계에서 반수체의 발생 빈도는 매우 드물어 몇몇 종에서만 반수 체가 발견되고, 방사선 조사로 불임이 된 화분을 수분시 키거나 종간교잡, 속간교잡을 수행할 경우 생체내에서 반수체의 발생빈도가 일부 증가하기도 한다. 그러나 독 말풀의 약(anther)과 화분(pollen)을 배지에서 배양하거나 (Guha and Maheshwari 1964; Guha and Maheshwari 1966), 보 리의 수정되지 않은 자방(ovary)을 배양하여 반수체를 확 보하면서(San Noeum 1976) 반수체 육종이 광범위한 식물 에서 본격적으로 가능하게 되었다. 현재는 식물조직배양
doi:10.5010/jpb.2016.43.1.12
fatcat:6hxrci5k2zbcxjgfx5mwkezkxu