Molecular Identification of Zoysia japonica and Zoysia sinica (Zoysia Species) Based on ITS Sequence Analyses and CAPS

Abstract

Zoysiagrasses are important turf plants used for school playgrounds, parks, golf courses, and sports fields. The two most popular zoysiagrass species are Zoysia japonica and Zoysia sinica. These are widely distributed across different growing zones and are morphologically distinguishable from each other; however, it is phenotypically difficult to differentiate those that grow along the coastal line from those in beach area habitats. A combination of morphological and molecular approaches is desirable to efficiently identify these two plant cultivars. In this study, we used a rapid identification system based on DNA barcoding of the nrDNA-internal transcribed spacer (ITS) regions. The nrDNA-ITS regions of ITS1, 5.8S nrDNA, and ITS2 from Z. japonica, Z. sinica, Agrostis stolonifera, and Poa pratensis were DNA barcoded to classify these grasses according to their molecular identities. The nrDNA-ITS sequences of these species were found at 686 bp, 687 bp, 683 bp, and 681 bp, respectively. The size of ITS1 ranged from 248 to 249 bp, while ITS2 ranged from 270 to 274 bp. The 5.8S coding region ranged from 163-164bp. Between Z. japonica and Z. sinica, nineteen (2.8%) nucleotide sites were variable, and the G+C content of the ITS region ranged from 55.4 to 63.3%. Substitutions and insert/deletion (indel) sites in the nrDNA-ITS sequence of Z. japonica and Z. sinica were converted to cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS) markers, and applied to the Zoysia grasses sampled

Comparative Analysis between the ITS TaqMan SNP Genotyping Assay and CAPS for the Rapid Molecular Identification of Zoysia japonica and Zoysia sinica, Related Hybrid Lines, and the Habitat Distribution of Each Species

“…우리 나라는 전국에 자생하는 잠재된 우수한 한국잔디류 유전자원을 보유하고 있으나 아직 국내 유전자원을 수집 및 보존, 관리, 분 류 동정, 품종 육성, 산업화가 해외에 비해 적은 실정이다 (Choi et al, 1997;Choi and Yang, 2004, 2006a, 2006bYang et al, 2016a;Choi, 2017;Song et al, 2017;Choi et al, 2018;Yang et al, 2021aYang et al, , 2021b. 본 연구팀은 2012년부터 최근까지 한국 에 자생하는 한국잔디류를 각각 다른 지역에서 수집하여 제주대학교 아열대원예산업연구소 유전자원 시험포장 및 비닐온실 에서 보존, 증식, 분류 및 관리하고 있으며, 선발 및 돌연변이 육종, 품종보호 출원 및 등록하여 우수한 형질의 한국잔디류를 육 성해 왔다 (Yang et al, 2016a;Hong et al, 2017;Song et al, 2017;Yang et al, 2021aYang et al, , 2021b. 또한, 한국에 많이 자생하고 있는 들잔디와 갯잔디의 난지형 한국잔디류와 켄터키블루그라스와 크리핑벤트그라스의 한지형 잔디들을 신속 정확하게 분자 생물학적으로 종별 식별할 수 있는 분자마커를 개발하였다 (Hong et al, 2017).…”

“…본 연구팀은 2012년부터 최근까지 한국 에 자생하는 한국잔디류를 각각 다른 지역에서 수집하여 제주대학교 아열대원예산업연구소 유전자원 시험포장 및 비닐온실 에서 보존, 증식, 분류 및 관리하고 있으며, 선발 및 돌연변이 육종, 품종보호 출원 및 등록하여 우수한 형질의 한국잔디류를 육 성해 왔다 (Yang et al, 2016a;Hong et al, 2017;Song et al, 2017;Yang et al, 2021aYang et al, , 2021b. 또한, 한국에 많이 자생하고 있는 들잔디와 갯잔디의 난지형 한국잔디류와 켄터키블루그라스와 크리핑벤트그라스의 한지형 잔디들을 신속 정확하게 분자 생물학적으로 종별 식별할 수 있는 분자마커를 개발하였다 (Hong et al, 2017). 다양한 장소에서 수집 보존중인 한국잔디류의 경우, 확연히 다른 환경인 산에서 수집된 들잔디나 갯벌 또는 바닷가 바위에서 수집된 갯잔디들은 외부형태학적인 명확한 차 이 때문에 종 분류 동정은 쉽게 가능하다.…”

“…다양한 장소에서 수집 보존중인 한국잔디류의 경우, 확연히 다른 환경인 산에서 수집된 들잔디나 갯벌 또는 바닷가 바위에서 수집된 갯잔디들은 외부형태학적인 명확한 차 이 때문에 종 분류 동정은 쉽게 가능하다. 그러나, 해안가와 섬지역 같은 바다와 가까운 환경에서 수집된 야생 들잔디, 갯잔디 및 들잔디와 갯잔디의 교잡종은 외형이 매우 유사하여 비전문가의 경우 외부형태학적 분류동정이 쉽지 않다 (Yang et al, 1995;Hong et al, 2017). 이러한 이유로, 본 연구실에서는 한국잔디류의 DNA 바코드 구간인 nuclear ribosomal DNA (nrDNA)의 internal transcribed spacer(ITS) 염기서열 차이에 의한 cleaved amplified polymorphic sequence(CAPS) 마커 를 개발하여 들잔디, 갯잔디, 그들의 교잡종의 분류 동정 기법을 성공적으로 확립하였다 (Hong et al, 2017).…”

“…그러나, 해안가와 섬지역 같은 바다와 가까운 환경에서 수집된 야생 들잔디, 갯잔디 및 들잔디와 갯잔디의 교잡종은 외형이 매우 유사하여 비전문가의 경우 외부형태학적 분류동정이 쉽지 않다 (Yang et al, 1995;Hong et al, 2017). 이러한 이유로, 본 연구실에서는 한국잔디류의 DNA 바코드 구간인 nuclear ribosomal DNA (nrDNA)의 internal transcribed spacer(ITS) 염기서열 차이에 의한 cleaved amplified polymorphic sequence(CAPS) 마커 를 개발하여 들잔디, 갯잔디, 그들의 교잡종의 분류 동정 기법을 성공적으로 확립하였다 (Hong et al, 2017). ITS 기반 DNA 바코드 분석은 다양한 생물 분류 동정을 위하여 활발히 연구되어 왔으며, 종 및 속간 유연관계, 진화 양상, 한약제 위품 구별 등 신속 정확한 분석을 위하여 활용되고 있다 (Gehrig et al, 2001;Hebert et al, 2003;Kunihisa et al, 2003;Kress et al, 2005;Han et al, 2006;Kress and Erickson, 2008;Baigalmaa et al, 2009;CBOL Plant Working Group, 2009;Ahn et al, 2010;Gao et al, 2010;Koch, 2010;Yao et al, 2010;China Plant BOL Group, 2011;Hong et al, 2012;Kim et al, 2012;Moon et al, 2013;Kim et al, 2015;Hong et al, 2017).…”

“…(Tan et al, 2017;Broccanello et al, 2018;Ayalew et al, 2019;Kang et al, 2020;Shin et al, 2020). (Hong and Yeam, 1985;Yang et al, 1995;Choi et al, 1997;Bae et al, 2010;Lee et al, 2013;Yang et al, 2021aYang et al, , 2021b 3).…”