Background: Korean ginseng (Panax ginseng) is a well-known medicinal plant of Oriental medicine that is still in practice today. Until now, a total of 11 Korean ginseng cultivars with unique features to Korean ginseng have been developed based on the pure-line-selection method. Among them, a new cultivar namely G-1 with different agricultural traits related to yield and content of ginsenosides, was developed in 2012. Methods: The aim of this study was to distinguish the new ginseng cultivar G-1 by identifying the unique single-nucleotide polymorphism (SNP) at its 45S ribosomal DNA and Panax quinquefolius region than other Korean ginseng cultivars using multiplex amplification-refractory mutation system-polymerase chain reaction (ARMS-PCR). Results: A SNP at position of 45S ribosomal DNA region between G-1, P. quinquefolius, and the other Korean ginseng cultivars was identified. By designing modified allele-specific primers based on this site, we could specifically identified G-1 and P. quinquefolius via multiplex PCR. The unique primer for the SNP yielded an amplicon of size 449 bp in G-1 cultivar and P. quinquefolius. This study presents an effective method for the genetic identification of the G-1 cultivar and P. quinquefolius. Conclusion: The results from our study shows that this SNP-based approach to identify the G-1 cultivar will be a good way to distinguish accurately the G-1 cultivar and P. quinquefolius from other Korean ginseng cultivars using a SNP at 45S ribosomal DNA region.
Kim, Jong-Hak;Kim, Min-Kyeoung;Wang, Hongtao;Lee, Hee-Nyeong;Jin, Chi-Gyu;Kwon, Woo-Saeng;Yang, Deok-Chun
Journal of Ginseng Research
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v.40
no.4
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pp.395-399
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2016
Background: Korean ginseng (Panax ginseng) is one of the most important medicinal plants in the Orient. Among nine cultivars of P. ginseng, Chunpoong commands a much greater market value and has been planted widely in Korea. Chunpoong has superior quality "Chunsam" ($1^{st}$ grade ginseng) when made into red ginseng. Methods: A rapid and reliable method for discriminating the Chunpoong cultivar was developed by exploiting a single nucleotide polymorphism (SNP) in the auxin repressed protein gene of nine Korean ginseng cultivars using specific primers. Results: An SNP was detected between Chunpoong and other cultivars, and modified allele-specific primers were designed from this SNP site to specifically identify the Chunpoong cultivar and P. quinquefolius via multiplex polymerase chain reaction (PCR). Conclusion: These results suggest that great impact to prevent authentication of precise Chunpoong and other cultivars using the auxin repressed protein gene. We therefore present an effective method for the authentication of the Chunpoong cultivar of P. ginseng and P. quinquefolius.
Background: The mixed-cultivation of different Panax ginseng cultivars can cause adverse effects on stability of yield and quality. K-1 is a superior cultivar with good root shape and stronger disease resistance. DNA markers mined from functional genes are clearly desirable for K-1, as they may associate with major traits and can be used for marker-assisted selection to maintain the high quality of Korean ginseng. Methods: Five genes encoding pathogenesis-related (PR) proteins of P. ginseng were amplified and compared for polymorphism mining. Primary, secondary, and tertiary structures of PR5 protein were analyzed by ExPASy-ProtParam, PSSpred, and I-TASSER methods, respectively. A coding single nucleotide polymorphism (SNP)-based specific primer was designed for K-1 by introducing a destabilizing mismatch within the 3' end. Allele-specific polymerase chain reaction (PCR) and real-time allele-specific PCR assays were conducted for molecular discrimination of K-1 from other cultivars and landraces. Results: A coding SNP leading to the modification of amino acid residue from aspartic acid to asparagine was exploited in PR5 gene of K-1 cultivar. Bioinformatics analysis showed that the modification of amino acid residue changed the secondary and tertiary structures of the PR5 protein. Primer KSR was designed for specific discrimination of K-1 from other ginseng cultivars and landraces. The developed real-time allele-specific PCR assay enabled easier automation and accurate genotyping of K-1 from a large number of ginseng samples. Conclusion: The SNP marker and the developed real-time allele-specific PCR assay will be useful not only for marker-assisted selection of K-1 cultivar but also for quality control in breeding and seed programs of P. ginseng.
Little is known about the genetics or genomics of Panax ginseng. In this study, we developed 70 expressed sequence tagderived polymorphic simple sequence repeat markers by trials of 140 primer pairs. All of the 70 markers showed reproducible polymorphism among four Panax species and 19 of them were polymorphic in six P. ginseng cultivars. These markers segregated 1:2:1 manner of Mendelian inheritance in an $F_2$ population of a cross between two P. ginseng cultivars, 'Yunpoong' and 'Chunpoong', indicating that these are reproducible and inheritable mappable markers. A phylogenetic analysis using the genotype data showed three distinctive groups: a P. ginseng-P. japonicus clade, P. notoginseng and P. quinquefolius, with similarity coefficients of 0.70. P. japonicus was intermingled with P. ginseng cultivars, indicating that both species have similar genetic backgrounds. P. ginseng cultivars were subdivided into three minor groups: an independent cultivar 'Chunpoong', a subgroup with three accessions including two cultivars, 'Gumpoong' and 'Yunpoong' and one landrace 'Hwangsook' and another subgroup with two accessions including one cultivar, 'Gopoong' and one landrace 'Jakyung'. Each primer pair produced 1 to 4 bands, indicating that the ginseng genome has a highly replicated paleopolyploid genome structure.
Ginseng (Panax genus) is one of the most medicinally important genera and consists of highly regarded medicines. Among the species of Panax, the ginseng species is widely known to have most medicinal quality. P. ginseng has 3 varieties, Jakyung, Chunggyung and Hwangsook, discovered in nature with different colors of stem and fruit, Jakyung has two cultivars, Yunpoong and Chunpoong. Rigorous phylogenetic analysis of these varieties and cultivars has been conducted with sequencing of rDNA region. The sequences of ITS1, ITS2 of every varieties and cultivars within P. ginseng were identical. The sequence of 5.8S rDNAs of Hwangsook variety were different from the sequences of 5.8S rDNAs of others by only one base pair at nucleotide position 14. In phylogenetic analysis and predicted RNA secondary structure study, it is assumed that evolution has proceeded from Hwangsook to other varieties. recently.
Panax ginseng (Ginseng or Korean ginseng) is one of the most important medicinal herbs in the world. We made a high-quality whole genome sequence of P. ginseng using 'Chunpoong' cultivar, which is the first cultivar registered in Korea Seed and Variety Service (KSVS) with relatively similar genotypes and superior phenotypes, representing approximately 3 Gbp and 60,000 genes. Genome sequence analyses of P. ginseng and related speciesrevealed the origin of Korean ginseng and the ecological adaptation of 18 Panax species around the world. Korean ginseng and American ginseng (P. quinquefolius) are tetraploid species having 24 chromosome pairs, while the other 16 species are diploid species with 12 chromosome pairs. Panax and Aralia are the closest genera belonging to the Araliaceae family that diverged approximately 8 million years ago (MYA). All Panax species evolved as shade plants adapting to cool climates and low light conditions under the canopy of deep forests from Southeast Asia such as Vietnam to Northeast Asia such as Russia approximately 6 MYA. However, through recurrent ice ages and global warming, most diploid Panax species disappeared due to the freezing winter, while tetraploid P. ginseng may have appeared by allotetraploidization, which contributed to the adaptation to cold temperaturesin Northeast Asian countries including the Korea peninsula approximately 2 MYA. American ginseng evolved by the adaptation of P. ginseng in Northeast America after the intercontinental migration 1 MYA. Meanwhile, most of diploid Panax species survived in high-altitude mountains over 1,600 meters in Southeast Asia because they could not endure the hot temperature and freezing cold. The genome sequence provides good basisto unveil the origin and evolution of ginseng and also supports practical gene chips which is useful for breeding and the ginseng industry.
Kim, Nam-Hoon;Choi, Hong-Il;Ahn, In-Ok;Yang, Tae-Jin
Journal of Ginseng Research
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v.36
no.3
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pp.298-307
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2012
Panax ginseng has been cultivated for centuries, and nine commercial cultivars have been registered in Korea. However, these nine elite cultivars are grown in less than 10% of ginseng fields, and there is no clear authentication system for each cultivar even though their values are higher than those of local landraces. Here, we have developed 19 microsatellite markers using expressed gene sequences and established an authentication system for all nine cultivars. Five cultivars, 'Chunpoong', 'Sunpoong', 'Gumpoong', 'Sunun', and 'Sunone', can each be identified by one cultivar-unique allele, gm47n-a, gm47n-c, gm104-a, gm184-a (or gm129-a), and gm175-c, respectively. 'Yunpoong' can be identified by the co-appearance of gm47n-b and gm129-c. 'Sunhyang' can be distinguished from the other eight cultivars by the co-appearance of gm47n-b, gm129-b, and gm175-a. The two other cultivars, 'Gopoong' and 'Cheongsun', can be identified by their specific combinations of five marker alleles. This marker set was successfully utilized to identify the cultivars among 70 ginseng individuals and to select true F1 hybrid plants between two cultivars. We further analyzed the homogeneity of each cultivar and phylogenetic relationships among cultivars using these markers. This marker system will be useful to the seed industry and for breeding of ginseng.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2010.05a
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pp.15-15
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2010
Koran ginseng(Pnax ginseng) is one of the most important medicinal plants in Orient. Among the nine cultivars of Korea ginseng, Chunpoong commands a much greater market value and has been planted widely. A rapid and reliable method for discriminating the Chunpoong cultivar was developed by exploiting a single nucleotide polymorphism (SNP) in the mitochondrial nad7 intron 4 region of nine Korea ginseng cultivars using universal primers. A SNP was detected between Chunpoong and other cultivars and modified allele-specific primers were designed from this SNP site to effective method for the geneic identification of the Chunpoong cultivar of ginseng.
Lee, Ok Ran;Nguyen, Ngoc Quy;Lee, Kwang Ho;Kim, Young Chang;Seo, Jiho
Journal of Ginseng Research
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v.41
no.4
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pp.463-468
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2017
Background: Both Panax ginseng Meyer and Panax quinquefolius are obligate shade-loving plants whose natural habitats are broadleaved forests of Eastern Asia and North America. Panax species are easily damaged by photoinhibition when they are exposed to high temperatures or insufficient shade. In this study, a cytohistological study of the leaf structures of two of the most well-known Panax species was performed to better understand the physiological processes that limit photosynthesis. Methods: Leaves of ginseng plants grown in soil and hydroponic culture were sectioned for analysis. Leaf structures of both Panax species were observed using a light microscope, scanning electron microscope, and transmission electron microscope. Results: The mesostructure of both P. ginseng and P. quinquefolius frequently had one layer of non-cylindrical palisade cells and three or four layers of spongy parenchymal cells. P. quinquefolius contained a similar number of stomata in the abaxial leaf surface but more tightly appressed enlarged grana stacks than P. ginseng contained. The adaxial surface of the epidermis in P. quinquefolius showed cuticle ridges with a pattern similar to that of P. ginseng. Conclusion: The anatomical leaf structure of both P. ginseng and P. quinquefolius shows that they are typical shade-loving sciophytes. Slight differences in chloroplast structure suggests that the two different species can be authenticated using transmission electron microscopy images, and light-resistant cultivar breeding can be performed via controlling photosynthesis efficiency.
This study was performed to analyze aroma pattern of Panax species (Korean Panax ginseng C.A. Meyer, Chinese Panax ginseng C.A. Meyer, Panax quinquefolium L, and Panax notoginseng F.H. Chen) by the PHGC (potable handheld gas chromatograph). Ratios of several peak areas in chromatogram of derivative parrtern were as follows. If ratio of Korean Panax ginseng was 1, Panax notoginseng was $0.030{\sim}0.674$, Chinese Panax ginseng was $0.005{\sim}0.212$ and panax quinquefolium was $0.241{\sim}0.871$. Ratios of peak area at $Rt_{20.02}$ were that if Korean panax ginseng was 1, Chinese Panax ginseng was 0.212, Panax quinquefolium was 0.343 and Panax notoginseng was 0.065. Ratios also of peak area at $Rt_{21.70}\;and\;Rt_{24.90}$ showed clear difference among aroma patterns of Panax specie cultivars. Flavor component at $Rt_{26.15}$ was not detected in Panax quinquefolium and Panax notoginseng but in Korean Panax ginseng and Chinese Panax ginseng. Ratios of peak area at $Rt_{26.15}$ were that if Korean Panax ginseng was 1, Chinese Panax ginseng was 0.185. And so habitat of Panax species cultivars was discriminated. Cultivar and habitat of dried panax species was remarkably distinguised by the chromatogram of frequency pattern, derivative pattern and visual pattern using olfactory images known as Vapor $print^{TM}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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