COI 유전자서열을 이용한 한국 등줄쥐(Apodemus agrarius)집단의 유전적 구조연구

Abstract

등줄쥐(Apodemus agrarius)는 등에 검은 줄이 있는 것이 특징이고, 주로 낮은 산이나 농경지에 서식한다. 그리고 국내에서 한국형 출혈열을 일으키는 Hantan virus의 매개체로 밝혀지면서 의학적으로 많은 관심을 받고 있다. 등줄쥐와 같은 소형 포유류의 연구는 생태계의 서식지를 이해하는데 중요한 단서를 제공하며, 환경의 변화에 대하여 연구하는 데에도 유용하다. 또한, 신생대 후기 극적인 지질학적 변화를 경험한 한반도에서 생물지리와 종 분화 연구를 하는데 있어서 등줄쥐는 매우 유용하다. Jones & Johnson에 따르면 등줄쥐(Apodemus agrarius)는 3가지 아종 ―A. agrarius coreae, A. agraris chejuensis 그리고 A. agrarius pallescens―이 분포하는 것으로 알려져 있다. 척추동물의 미토콘드리아 DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)는 빠른 변이율로 개체 나 집단 간, 또 종들 간의 진화적 연관성을 보는데 유용하게 이용되고 있다. 국내에서도 등줄쥐의 미토콘드리아 DNA 유전자 서열을 이용한 생물 집단의 연구가 많이 이루어져 있다. 이러한 선행 연구들은 주로 미토콘드리아 CytB나 control region을 이용하여 수행되었는데, 연구 결과 남한 지역에서 등줄쥐는 제주도와 내륙 집단으로 구분되었다. 그리고 형태형질과 분자형질은 대체적으로 일치하는 경향을 나타냈다. 하지만, 완도를 비롯한 남해안의 일부 집단에서는 형태형질과 분자형질이 서로 상반된 결과를 나타냈다. 그리고 내륙 집단과 별개의 아종으로 구분되는 제주 집단을 대상으로 섬 내 집단 사이의 유전적 구조에 관한 연구는 수행된 바 없다. 미토콘드리아 DNA 유전자 중 COI은 동물에서 종 동정에 이용되는 DNA 바코드 부위로 수많은 종의 서열이 밝혀져 있어서 서열을 비교하여 종의 분류학적 실체를 판별하는데 매우 유용한 부위이다. 지금까지 한국에서 등줄쥐를 대상으로 COI 유전자 서열을 이용하여 연구된 적이 없다. 본 연구에서는 한국의 9개 지역에서 50개 개체의 등줄쥐를 확보하여 미토콘드리아 DNA COI을 이용한 유전자 서열의 다양성에 대하여 분석하였다. 특히 분류학적 실체가 불분명한 완도 집단에 대하여 연구하였으며, 국내에서 가장 큰 섬인 제주도 등줄쥐 집단의 유전적 구조에 대하여 관찰하였다. 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 등줄쥐 집단의 미토콘드리아 COI 유전자 서열의 다양성을 분석한 결과 김포 집단이 다른 지역에 비해 높은 다양성을 보였고, 고흥 집단이 가장 낮은 다양성을 보였다. 집단 쌍(pairwise) FST 분석 결과 완도 집단은 정읍과 제주도 집단과 유전적으로 가까웠다. Neighbor joining(NJ) 계통수와 maximum likelihood(ML) 계통수 분석에 의하면 완도의 개체는 내륙지역의 개체들과 가까운 계통을 형성하였고, 남해도서지역 개체들과도 가까운 계통으로 묶였다. AMOVA 분석에서 완도를 남해도서 지역 집단에 포함시키고, 제주지역 집단 그리고 내륙지역 집단 총 세 집단으로 나누었을 때 집단사이에서 유전적 변이의 분산 값이 50.73%로 가장 높은 지지를 받았다. 따라서 미토콘드리아 유전자 다양성에 따라 한국 등줄쥐는 3개의 집단으로 나누어진다고 추정되며, 완도 집단은 도서집단과 내륙집단의 개체들이 혼합된 것으로 생각된다. 마지막으로 제주도 내에서의 등줄쥐 집단의 유전적 구조를 관찰해 보았을 때, NJ 계통수와 ML 계통수 분석에 따르면 제주 내의 등줄쥐 집단은 유전적으로 가깝게 나타난다.; Black striped patterns on the back are unique feature of Apodemus agrarius, and they usually live in low mountains or farmlands. They are receiving great attentions after they were known as a vector of Hantan virus which causes Korean hemorrhagic fever. Studies on small mammals such as Apodemus agrarius, give us useful information about habitats of ecosystem and environmental changes. Also, they are helpful in studying biogeography and speciation events of organisms in Korean peninsula which have been experienced dramatic geological changes during the late Cenozoic Era. According to Jones & Johnson, there are three subspecies, A. agrarius coreae, A. agraris chejuensis and A. agrarius pallescens, in Korea. Mitochondrial DNA(mtDNA) of vertebrates, evolved fast, have been commonly used in observing evolutionary relationship among individuals, groups or species. Several studies on mtDNA sequence variation of A. agrarius have been performed in Korea. Previous studies were based on CytB or control region sequence variation. According to these studies A. agrarius in Korea were divided into two groups: an mainland group and a Jeju Island group. These studies suggested that morophological characters conformed to molecular characters on the whole, but it did not in some populations located in the south coast including such as Wando Island. And never been conducted study about population genetic structure in Jeju Island, the largest island in Korea. Among mtDNA sequences, COI region so called “DNA barcode” is frequently used in identifying species by comparing sequences since tremendous sequences from animal species. COI genetic variation of Apodemus agrarius has not been studied in Korea yet. In this research, COI sequences had been determined from fifty individuals of A agrarius collected from ten location, and taxonomic entity of Wando population, using these sequences, was discussed, and population genetic structure among subpopulations was investigated in Jeju Island. The main results of this research are as follows. As a result of analyzing genetic diversity of COI sequences, Kimpo population showed the highest haplotype (gene) diversity, and Goheung showed the lowest. Taking a look at pairwise FST, Wando population represented close genetic relationship with the Jung-eup and Jeju populations. Results of neighbor-joining(NJ) and maximum-likelihood(ML) indicated that individuals of Wando population are separated into two monophyletic groups: mainland group and southern island group. Furthermore, AMOVA analysis suggested the individuals of A. agrarius were splitted into three groups: South Sea islands group, Jeju Island group and mainland group with the condition that 50.73% of total genetic variance was lay between groups. Thus, it is believed that Korean population of A. agrarius is composed of three groups, and Wando population comprises individuals from island and mainland groups. Lastly, NJ and ML analyses implicated that populations in Jeju Island is not genetically structure.