Conservation Genetic Studies on Two Ocypodid Crab Species in Korea

Abstract

As the human population increases, and the scope of its activities gradually expands, the habitat of many marine species is threatened. Conservation of biodiversity depends on preserving genetic diversity because the fitness of species that can adapt to future changes is directly related to genetic diversity. Therefore, interest in conservation genetics began to grow naturally. In this study, I have attempted to understand the genetic status by conducting population genetic studies on Austruca lactea and Ocypode stimpsoni, two marine protected species in Korea. Austruca lactea has been designated as an endangered wildlife species II since 2012 owing to a rapid decline due to habitat destruction through coastal development such as reclamation projects and construction of port facilities. Many researchers have attempted to preserve A. lactea via strategies such as protected area establishment and habitat reconstruction projects using sand catchers (Lahnung). However, it is necessary to understand its current genetic status through population genetic studies to establish a more specific conservation strategy. A. lactea was analyzed using 18 microsatellite genotypes and mitochondrial cytochrome oxidase subunit Ⅰ (COⅠ) gene sequences in 94 specimens of five populations inhabiting the southwestern sea of the Korean peninsula. The results of the analysis indicate that four genetic clusters constitute Korean populations, and each population has experienced a rapid population growth. This pattern correlates with the oceanographic characteristics of the Korean peninsula, suggesting that the intraspecific population of A. lactea is genetically distinct owing to the influence of geographic and oceanographic factors on the rias coast of the Korean peninsula. In addition, the genetic structure revealed among geographically close populations compared to other studies reflects the current status as an endangered species. This suggests the need for continuous monitoring in the future. In terms of conservation strategies, at least four management units are required to maintain a genetic identity. Ocypode stimpsoni inhabiting Korea has recently been designated as a protected marine species since 2016 owing to the rapid decline in its population due to coastal development and pollution. The study on O. stimpsoni was conducted using two mitochondrial markers (COI gene and 16S rRNA gene) in eight populations and 82 specimens. The population of O. stimpsoni showed high genetic diversity and low levels of differentiation overall, and the population in Geoje revealed a structure distinct from the rest. After obtaining the complete mitochondrial sequence of O. stimpsoni, the phylogenetic location was compared with that of the brachyuran species. As expected, Ocypode stimpsoni clustered with O. ceratophthalmus and O. cordimana in Ocypode, with high support value, and was in the same group as Austruca lactea and Tubuca capricornis, which belong to the family Ocypodidae. In addition, species in Ocypodoidea and Grapsoidea have a reciprocal paraphyly relationship, as demonstrated in previous studies. Populations of O. stimpsoni suggest a high overall gene flow. However, it is necessary to continuously monitor ecological and genetic aspects because the upper intertidal zone of sandy beaches inhabiting the crab is still exposed to environmental threats caused by human activities and coastal development.;인간의 인구가 늘어나고 그 활동 범위가 점차 넓어지면서 서식환경이 위협을 받는 해양종이 증가하고 있다. 미래의 변화에 적응할 수 있는 종의 적응도는 유전적 다양도와 직결되어 있기 때문에 생물다양성의 보전은 유전자 다양성을 보전하는 것에 달려있다. 따라서 자연스레 보전유전학에 대한 관심이 높아지기 시작했다. 나는 본 연구에서 한국의 해양보호종인 흰발농게와 달랑게에 대해 집단유적학적 연구를 진행하여 유전적 상태를 파악하고자 하였다. 흰발농게는 간척사업과 항만시설 건설 등 해안 개발로 서식지가 파괴되면서 개체수가 급격히 줄어 2012년부터 멸종위기 야생생물 Ⅱ급으로 지정되어 보호받고 있다. 보호구역 설정, 모래포집기를 이용한 서식지 복원사업 등 흰발농게의 보전을 위해서 많은 노력을 기울이고 있으나, 구체적인 보전전략을 세우기 위해서는 집단유전학적 연구를 통해 현 유전적 상태를 파악할 필요가 있다. 한반도 서남해에 서식하는 총 5집단, 94개체를 대상으로 마이크로새털라이트와 미토콘드리아 COI 유전자를 이용하여 분석한 결과, 집단들이 유전적으로 4개의 클러스터를 구성하며 각 집단은 급격한 집단 성장을 경험했음을 말해주고 있다. 이 패턴은 한반도의 해양경관 특성과 상관관계를 보여 한반도의 리아스식 해안에서 지리적, 해양학적 요인의 영향으로 흰발농게의 개체군이 종내에서 유전적으로 구별됨을 암시한다. 또한 다른 연구에 비해 지리적으로 가까운 집단 간에 드러난 유전적 구조는 멸종위기종으로서의 현 상태를 반영하며, 향후 지속적인 모니터링의 필요성을 제시한다. 보전전략 측면에선, 유전적 독자성을 유지할 수 있게 최소 4개의 보전단위를 설정하여 보전적인 관리를 수행해야 한다. 달랑게는 최근 연안개발과 오염 등으로 모래 해변이 훼손되면서 개체수가 급감하여 2016년부터 멸종위기종 전 단계인 해양보호생물로 지정되어 법적으로 보호받고 있다. 달랑게는 총 8 집단, 82개체를 대상으로 두 개의 미토콘드리아 마커 (COI 유전자와 16S 유전자)를 이용하여 연구를 수행하였다. 달랑게 개체군은 전체적으로 높은 유전적 다양성과 낮은 수준의 분화를 보였는데, 특이하게도 거제 집단은 나머지 집단들과 구별되는 구조를 나타내었다. 또한 달랑게의 완전한 미토콘드리아 서열을 확보한 후 Brachyura 내의 종들과 비교하여 계통분류학적 위치를 검토하였다. 예상대로 달랑게는 Ocypode 속에 속하는 다른 종들과 높은 지지율로 cluster 되었으며, Ocypodidae 과에 속하는 Tubuca capriocornis, Austruca lactea 등과 같은 그룹을 형성하였다. 또한, Ocypodoidea 내의 종들과 Grapsoidea 종들은 이전의 연구 결과처럼 상호 측계통 관계 (reciprocal paraphyly)를 형성하였다. 본 연구는 달랑게 개체군 내에서 높은 유전적 흐름이 발생하고 있음을 암시하고 있지만, 달랑게가 서식하는 모래해변의 조간대 상부는 인간의 여가활동이나 해안개발 등 인위적인 위협에 여전히 노출되어 있기 때문에 생태학적, 유전학적 측면에서 지속적인 모니터링이 필요하다.