A Biological Study of Dendronephthya gigantea

Abstract

연산호류로서 알려진 수지맨드라미 속 (genus Dendronephthya)의 종들은 전세계적으로 약 400 여종이 있는 것으로 밝혀져 있으며, 한국해역에도 10 종이 보고되어 있다. 이들 종들은 형태적으로 매우 다양하기 때문에 종 분류 및 동정에의 어려움이 있다. 특히, 제주도 서귀포 연안에는 수지맨드라미 3~4 종이 동소적인 서식처에서 우점하고 있음으로 종 間의 유연관계를 파악하는데 어려움이 따른다. 이들 문제점을 해결하기 위하여, 同 해역 내 가장 우점종인 큰수지맨드라미 (Dendronephthya gigantea)를 대상으로 유성생식 방법과 유생발생에 초점을 맞춘 생활사연구 및 핵형 분석과 특정 발생 시기 동안의 유전자발현 양상에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 위하여 2003 년 2 월부터 2004 년 10 월까지 매월 제주도 서귀포 문섬 지역에서 큰수지맨드라미의 일부 가지를 채집하여 성별, 성비, 생식방법, 생식력, 생식선의 형태적인 특징 및 생식선의 발달 주기 등을 조직 해부학적인 방법으로 규명하였고, 현장조사를 병행하여 유생방출 시기 및 유성생식에의 환경 요인을 파악하는 한편 유생을 인공 배양하여 초기 발생과정의 특징을 밝혀냈다. 큰수지맨드라미는 자웅이체이며, 집단 내 성비는 2:1 로 암컷 개체수가 더 많은 것으로 나타났다. 큰수지맨드라미는 1 년에 1 회, 수온이 가장 높은 철인 7 월에서 9 월 사이에 체내에서 양육된 유생을 체외로 방출하며, 생식선의 발달주기는 암컷의 경우 12 개월인 반면 수컷은 5 개월인 것으로 조사되었다. 유생 방출 시기는 태음주기의 영향을 받아 신월과 보름 때인 것으로 보이며, 낮과 밤의 영향은 받지 않는 것으로 밝혀졌다. 유생은 방출된 후 이틀 안에 기질에 부착하고 변태과정을 거쳐, 10 일 안에 격막, 위수강 및 촉수가 잘 발달된 초기 폴립 단계로 성장하였다. 유생의 초기 사망률은 질산염 농도와 음의 상관관계를 보였으며, 부착 및 변태율은 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 큰수지맨드라미의 배수 염색체 수는Giemsa염색방법에 의하여 14 개로 밝혀졌으며, 핵형은 모두 말단동원체형인 것으로 나타났다. Annealing control primers (ACPs)를 이용한 RT-PCR기법을 도입하여 큰수지맨드라미의 성체와 유생으로부터 52 개의 DEGs를 밝혀냈다. 그 중 성체에서는41 개가 유생에서는 11 개가 발현양이 더 많은 것으로 나타났다. ACPs를 이용한 유전자 발현 규명은 전통적인 RT-PCR기법과 비교하여 효율이 좋은 방법으로 평가된다. 이상과 같이 본 연구를 통해, 큰수지맨드라미의 생활사, 염색체 및 초기 유전자 발현 양상을 규명하였다. 이번 연구는 수지맨드라미 근연종 간의 유연관계를 파악하기 위해 향후 지속하게 될 연구 중 첫 시도라는 점에서 의의가 있으며, 본 연구에서 사용된 기법들은 앞으로의 연구에 유용하게 활용될 수 있다.;The genus Dendronephthya, generally known as soft corals, is a very large group with about 400 species in the world, and also ten of which are reported in Korea. They are so variable in their morphology that it is hard to identify and classify them. In the coastal area of Seowipo, there are difficulties in understanding the relationship among species, because three to four closely related species of this group are especially abundant in the sympatric habitats. To resolve this problem, characteristics of the life history of Dendronephthya gigantea (Verrill, 1864), the most dominant species in Seowipo, were examined, focusing on sexual reproduction and larval development. I also studied the karyotype and Differentially Expressed Genes (DEGs) of D. gigantea. By using microscopic and histological analysis, the sexuality, sex ratio, reproductive pattern, fecundity, morphology of gonads and gametogenesis were surveyed through random sampling. In the field, the timing of planulation and ecological factors which are diurnal and lunar cycle, and water temperature related to its sexual reproduction were also examined, and then planulae collected in the habitat were cultured in laboratory for the investigation of larval development. The results showed that D. gigantea is a gonochric internal brooder that releases the planulae from July to September. The ratio of female to male was 2:1, indicating the abundance of female colonies. Oogenesis and spermatogenesis took place for 12 months and 5 months respectively. Gonad maturation was affected by increased seawater temperature, suggesting a seasonal factor to the reproductive cycle. The releasing of planulae from female colonies was exhibited around the full and new moon, while a significant difference was not found between day and night. After planulation, the planulae were settled and underwent metamorphosis within two days, and then grew up to the primary polyps with mesenteries, gastrovscular cavity and pinnate tentacles within 10 days. The mortality of the planulae increased in the elevated nitrate concentration, but the rates of settlement and metamorphosis showed a positive correlation with the increase of nitrate levels. The diploid number of chromosomes with a count of 2n = 14 was observed in D. gigantea, all of them being acrocentric chromosomes. A total of 52 Differentially Expressed Genes (DEGs) were screened from adults and planulae by the newly introduced RT-PCR method using annealing control primers (ACPs). Among them, 41 and 11 were highly expressed in adults and planulae respectively. Present studies, which includes the life history, karyotype and DEGs of D. gigantea, is a first step and model case in on-going studies to examine the relationships among closely related species in the dendronephthyan group.