국내 긴꼬리투구새우(Triops longicaudatus)의 미토콘드리아 COI 염기서열 유전자 다양성 분석

Abstract

국내 긴꼬리투구새우(T. longicaudatus)는 과거부터 존재하던 종이지만 1986년 창녕 논에서 처음 발견되어 기록된 담수 무척추 동물로써 현재까지 동아시아에 어떻게 이동되어 서식하게 됐는지 알려진 바가 없다. 일본의 경우 생물상에 대한 기록이 충실하여 생물상의 변화 기록을 통해 도입 유무 및 시기 등을 파악할 수 있어 일본 내 긴꼬리투구새우를 도입종으로 파악하였다. 우리나라는 환경부가 2004년에 개체수 감소로 긴꼬리투구새우를 멸종 위기종 야생동물 2급으로 지정하였다가 2012년 재조사를 통해 전국적으로 넓게 큰 집단을 형성하고 있음을 확인하고 멸종 위기종에서 해제시킨 바 있다. 그러나 우리나라는 생물상에 대한 체계적인 조사가 비교적 최근에 시작되었고, 국내 긴꼬리투구새우의 유전학적 연구가 활발하지 않아 현재 이들의 분류학적 실체와 유전적 구조가 명확하지가 않다. 따라서 국내 긴꼬리투구새우가 보호대상종인지 도입종인지를 확인하기 위한 유전학적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 많은 염기서열 데이터가 축적되어 있고 종 동종을 위한 DNA 바코드로 많이 사용되어지고 있는 미토콘드리아 COI 유전자를 이용하여 국내 긴꼬리투구새우 집단의 유전적 다양도와 지리적 위치에 따른 유전적 구조 형성 여부, 분자 계통 분석을 실시하여 이 종의 도입 여부와 분류학적 실체를 조사하고자 하였다. 국내 긴꼬리투구새우의 유전적 다양성 측정은 단상형 다양도와 뉴클레오타이드 다양도, 단상형 네트워크 분석을 통해 이루어졌으며 평균 단상형 다양도와 뉴클레오타이드 다양도 값은 각각 0.399±0.0355, 0.00495로 다양도가 낮았다. 단상형 네트워크 분석 결과는 단조로운 모양을 형성하여 단상형 간의 유전적 관계가 다양하지 않음을 보여주었다. 지리적 위치에 따른 유전적 구조 형성 여부를 확인하기 위해 그룹 간 FST와 AMOVA 분석을 실시하였다. 다른 그룹에 비해 유전적 다양도가 높았던 그룹 A가 지리적으로 크게 2개 지역으로 나뉘어져 이 2개의 지역을 AMOVA 분석하였다. 그 결과 이들 사이의 변이 값이 –10.15로 분석되어 유전적 구조가 형성되어 있지 않음을 확인하였다. 유전적 구조의 형성은 자생종일 가능성을 보여주지만 이번 연구 결과 유전적 구조가 형성되지 않아 국내 긴꼬리투구새우가 국내에 서식한지 얼마 되지 않은 도입종일 가능성을 보여주었다. 국내 긴꼬리투구새우의 분류학적 위치를 파악하기 위해 알고리즘 NJ(Neighbor joining)과 ML(Maximum likelihood)를 이용하여 분자 계통 분석(molecular phylogenetic analysis)을 실시하였다. NJ와 ML 분석 결과 세 개의 계보 A, B, C가 뚜렷하게 형성됨을 확인할 수 있었다. 또한 유전적 다양도가 없는 계보 B의 단상형과 북아메리카 긴꼬리투구새우(T. longicaudatus-short)의 단상형이 유전적으로 아주 가깝게 묶이는 것을 확인함으로써 국내 긴꼬리투구새우가 북아메리카 긴꼬리투구새우(T. longicaudatus-short)와 동일한 종일 가능성을 확인하였다. 이번 연구를 통해 자생종에서 나타나는 높은 유전적 다양도와 지리적 위치에 따른 유전적 구조 형성이 나타나지 않음을 확인하였고 분자 계통 분석을 통 해 국내종이 북아메리카 긴꼬리투구새우(T. longicaudatus-short)와 단계통군을 형성하고 있음을 미루어 보아 국내 긴꼬리투구새우는 도입종일 가능성이 매우 높다. 그러나 이번 실험에서 나머지 두 계보(A, C)에 대한 도입종 여부를 확인하기 어려운 제한점이 있었다. 따라서 후속연구에서 돌연변이율이 높고 유전적인 특성을 잘 반영하고 있는 여러 loci 분석이 가능한 핵(nucleus) DNA인 마이크로새털라이트(microsatillite)와 같은 유전자 마커를 사용한다면 긴꼬리투구새우의 도입 여부를 더 정확히 확인할 수 있을 것이며, 도입원으로 생각되는 국가나 지역에 서식하는 긴꼬리투구새우에 대한 연구도 함께 실시한다면 국내로의 도입 경로를 확인할 수 있을 것이다. ;Triops longicaudatus is an invertebrate animal living in fresh water, which has been inhabited from long ago but was recorded for the first time in 1986 after they were found in several rice-paddy fields in Changnyeong. It has not been known how they extended their range of inhabitation into Korea. Since Japan has recorded the faunal survey steadily, they can identify if animals were introduced or not and figure out when they were. Triops longicaudatus was identified as an introduced species in Japan. In Korea, they had been designated as an ‘endangered species’ by the Ministry of Environment because the population numbers had drastically decreased in 2012. However, the designation was called off due to increased population and a wide range of habitat in 2012. Now, The taxonomic status of the populations and genetic structure of Triops longicaudatus in Korea is uncertain because it has not been long since we recorded the faunal survey and genetic research on the species has not been done actively. Hence, genetic studies are required to confirm if they are endangered species or not. In this study, we analysed phylogenetic relationship as well as genetic variation and genetic structure using the sequence variation of mitochondrial gene(COI) to investigate the taxonomic status of the Korean populations and if the species were introduced or not. I analysed haplotype diversity and nucleotide diversity, haplotype network for a measure of the genetic variation. The mean haplotype diversity and mean nucleotide diversity were 0.399±0.0355 and 0.00495, which appeared to be low. Haplotype network showed simple patterns meaning that variable haplotypes are closely not related. To examine genetic structure, I conducted FST and AMOVA analysis. Because the most variable group A was divided geographically into two small groups, AMOVA was performed to check if genetic structure was present between two groups. The result of–10.15 value suggested that the structure has not been formed. This means that Korean populations might be introduced. I analysed phylogenetic relationship to find the taxonomic status of the populations using NJ(Neighbor joining) and ML(Maximum likelihood). Three genetic lineages A, B, C formed monophyletic groups in NJ and ML analysis. Invariable lineage B haplotype, H5 was closely related with one haplotye of North American Triops longicaudatus-short. Phylogenetic analyses showed a close relationship between Triops longicaudatus from Korea and North American Triops longicaudatus-short. It suggested that Triops longicaudatus in Korea appeared to be North American Triops longicaudatus. In the present study, I have come to the conclusion that there is the high probability that Triops longicaudatus from korea could be North American Triops longicaudatus through the results of haplotype and nucleotide diversity, genetic structure and molecular phylogenetic analyses. However, this study has limitation. It is uncertain that lineage A, C could be introduced species and difficult to identify it in this study. Therefore, more detailed inferences require additional studies with more variable genetic loci such as microsatillite located on nucleus DNA and also if you try to study samples from possible source population, you might examine how Triops longicaudatus came to habituate in Korea.