A population genetic study on the Korean tideland snail, Batillaria cumingi and complete mitochondrial DNA sequences of three octocorallian species (Nephtheidae)

Abstract

해양 복족류인 댕가리 (Batillaria cumingi) 는 동북아시아의 조간대 지역에 서식하는 종이다. 일본에서 진행되었던 선행 연구는 일본열도를 따라 분포하는 댕가리 집단의 ‘지리적 요소’ 와 ‘해류 흐름’ 에 의한 유전적 구조를 나타내었다. 이에 본 연구의 제 1장 에서는 한국해역 조간대에 서식하는 댕가리 개체군의 유전적 구조에 영향을 미치는 지리적, 역사적 요인들을 알아보고자 하였다. 서해, 남해, 제주도 지역에 걸쳐 총 16 지점의 분포지역에서 199 개체를 채집하여 미토콘드리아 COⅠ 유전자 염기서열을 얻었으며, 이를 이용하여 개체군의 ‘유전적 구조’ (population genetic structure), ‘분화’ (differentiation), ‘선택의 중립성’ (selective neutrality), ‘개체군 크기변동’ (mismatch distribution) 등의 분석을 수행하였다. 그 결과, 한국의 개체군이 일본에 비해 상대적으로 유전적 다양성이 낮은 것을 확인하였고, 분포 지역에 따라 묶여진 그룹들 간에 통계적으로 유의미한 유전적 구조 (genetic structure) 가 관찰되었다. 개체군 크기 변동을 알아보기 위한 mismatch distribution 분석을 통해 댕가리 개체군에 급격한 팽창이 일어났었다는 증거를 검증할 수 있었으며 이 시기는 .마지막 빙하기 이후였음을 예측할 수 있었다. 본 연구의 제 2장에서는 한국산 연산호류 3종, 큰수지맨드라미 (Dendronephthya gigantea), 밤수지맨드라미 (Dendronephthya castanea), 분홍바다맨드라미(Scleronephthya gracillimum)의 전체 미토콘드리아 DNA 염기 서열을 분석하였다. PCR 실험 기법을 이용하여 약 19 kb 길이의 DNA (각각 18,842 bp, 18,842 bp, 18,951 bp) 로 이루어져 있음을 확인할 수 있었다. 이들은 모두 14개의 protein-coding 유전자와 2개의 rRNA 유전자, 1개의 tRNA 유전자로 구성되며, 기존에 연구된 팔방산호류와 동일한 유전자 배열(gene order) 을 나타내었다. 또한 연산호 세 종 간의 상호 염기 차이는 매우 적은 것으로 분석되어, 이배엽성인 산호류의 미토콘드리아 염기서열이 느린 진화양상을 보인다는 기존의 보고들과 일치되는 결과를 확인할 수 있었다, 두 종의 수지맨드라미류인 큰수지맨드라미 (D. gigantea) 와 밤수지맨드라미 (D. castanea)는 놀랍게도 완전히 동일한 미토콘드리아 DNA 서열을 갖고 있었다. 본 연구에서는 이들 세 종에 대해 핵 유전자인 18S rRNA 염기서열 또한 분석하여 계통유전학적 분석을 추가적으로 수행하였다. 그 결과 미토콘드리아 염기서열간에 나타난 염기차이보다 더욱 낮은 차이를 관찰하였으며, 미토콘드리아 DNA 분석결과와 마찬가지로 두 종의 수지맨드라미류인 큰수지맨드라미와 밤수지맨드라미는 18S rRNA 염기서열 역시 완전히 동일하다는 것이 밝혀졌다.;The marine snail, Batillaria cumingi, inhabits intertidal area of northeastern Asia. A previous study on the species in Japanese Islands showed distinct population genetic structures which were mainly affected by a geography and ocean currents, the Kuroshio and Tsushima current in this region. Chapter 1 examines factors that affect population genetic structure of B. cumingi from the Korean Peninsula. DNA sequences of the mitochondrial cytochrome oxidase subunit I (COI) gene were analyzed to infer population genetic structure, differentiation, selective neutrality and change of population size. A total number of 199 individuals were collected from sixteen populations that cover the distribution area of this species around the Korean Peninsula. According to the analyses, Korean populations of B. cumingi showed lower genetic diversities than those of Japanese ones. A clear genetic structure among groups of local populations was detected by the test of population differentiation. In addition, a probable population expansion of Korean B. cumingi after the last glacial period was detected by a mismatch distribution analysis. Chapter 2 characterizes complete nucleotide sequences of mitochondrial genomes of three species of soft corals (Dendronephthya gigantea, Dendronephthya castanea, Scleronephthya gracillimum). A series of polymerase chain reactions and sequencing method were applied to determine whole mitochondrial DNA sequences. According to the result, lengths of the complete mitochondrial DNA sequences were about 19kb (18,842 bp, 18,842 bp and 18,951 bp). The mitochondrial genome consists of fourteen protein-coding genes and two ribosomal RNA genes, only one transfer RNA gene. The gene order of them is the same as the octocorallians reported previously by Medina et al. (2006). Pairwise DNA sequence comparisons among three anthozoans in our taxon sampling showed extremely low divergence, confirming slow mitochondrial DNA sequence evolution in the Anthozoa. Unexpectedly, two Dendronephthya species completely exhibited the same mtDNA sequence. I also determined 18S rRNA sequences of above three species for an additional phylogenetic analysis and these showed much lower pairwise divergences than those of mtDNA sequences. Two Dendronephthya species have the same 18S rRNA sequences like as mtDNA sequences.