희귀식물인 눈향나무(Juniperus chinensis var. sargentii)의 공간분포에 따른 유전구조 및 유전적 다양성 Spatial Genetic Structure and Genetic Diversity of a Rare Endemic Juniperus chinensis var. sargentii in Mt. Halla, Korea원문보기
눈향나무(Juniperus chinensis var. sargentii Henry)는 사할린, 일본 등의 동북아시아와 한반도에서는 전국의 고산지대에서 자라는 상록성 소관목으로서 희귀 및 멸종 위기 식물(산림청)로 지정되어 있다. 본 연구에서는 한라산에 서식하는 눈향나무 집단의 분포형태 및 특성, 유전적 다양성과 공간적 유전구조를 파악하였다. 조사구(40m × 60m)에는 총 131개의 눈향나무 clump가 자생하고 있었으며 이들 전체 본수를 대상으로 군집지수를 계산한 바, 임의분포하고 있음을 확인하였다 모든 개체들에 대하여 ISSR 유전자형을 비교한 결과, 15개체는 클론으로, 나머지는 각기 서로 다른 genet으로 구성 되 어 있었다. 21개 의 ISSR 표지자를 바탕으로 계산한 Shannon의 다양성지수(I=0.463)는 적은 개체수와 제한적 분포에도 불구하고 유전적 다양성이 다른 수종에 비해 비교적 높은 편으로 나타났다. 공간적 자기상관 분석방법을 이용하여 공간적 유전구조를 파악한 결과, 조사지역내의 눈향나무 집단은 8m 이내에서 유전적으로 유사한 군락구조를 갖고 있는 것으로 나타났으며, 클론 번식이 공간적 유전 구조에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 판단되었다.
눈향나무(Juniperus chinensis var. sargentii Henry)는 사할린, 일본 등의 동북아시아와 한반도에서는 전국의 고산지대에서 자라는 상록성 소관목으로서 희귀 및 멸종 위기 식물(산림청)로 지정되어 있다. 본 연구에서는 한라산에 서식하는 눈향나무 집단의 분포형태 및 특성, 유전적 다양성과 공간적 유전구조를 파악하였다. 조사구(40m × 60m)에는 총 131개의 눈향나무 clump가 자생하고 있었으며 이들 전체 본수를 대상으로 군집지수를 계산한 바, 임의분포하고 있음을 확인하였다 모든 개체들에 대하여 ISSR 유전자형을 비교한 결과, 15개체는 클론으로, 나머지는 각기 서로 다른 genet으로 구성 되 어 있었다. 21개 의 ISSR 표지자를 바탕으로 계산한 Shannon의 다양성지수(I=0.463)는 적은 개체수와 제한적 분포에도 불구하고 유전적 다양성이 다른 수종에 비해 비교적 높은 편으로 나타났다. 공간적 자기상관 분석방법을 이용하여 공간적 유전구조를 파악한 결과, 조사지역내의 눈향나무 집단은 8m 이내에서 유전적으로 유사한 군락구조를 갖고 있는 것으로 나타났으며, 클론 번식이 공간적 유전 구조에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 판단되었다.
Juniperus chinensis var. sargentii Henry is a short and creeping evergreen shrub which reaches about 50㎝ in height and occurs in the northeast Asia and in high mountains over the South Korea. Its distribution is restricted, and the number of individuals are gradually decreasing. This study was condu...
Juniperus chinensis var. sargentii Henry is a short and creeping evergreen shrub which reaches about 50㎝ in height and occurs in the northeast Asia and in high mountains over the South Korea. Its distribution is restricted, and the number of individuals are gradually decreasing. This study was conducted to estimate spatial pattern, genetic diversity and spatial genetic structure of J. chinensis var. sargentii. A total of 131 clumps were studied in the study area (40m × 60m). The spatial pattern of this population was random (Aggregation index R=1.031). In spite of the small number and the limited distribution, the level of genetic diversity (Shannon's index 1=0.463) was relatively high as compared with those of other plant species with similar ecological characteristics. ISSR genotypes of all individuals were investigated to find the genetic relationship of clumps and genets. Fifteen clumps were composed to be clones, and a total of 116 unique genotypes were composed by separate genets. Spatial autocorrelation analysis using Tanimoto distance showed that the genetic patch was established within 8m. The effect of clonal reproduction on genetic structure was almost nothing.
Juniperus chinensis var. sargentii Henry is a short and creeping evergreen shrub which reaches about 50㎝ in height and occurs in the northeast Asia and in high mountains over the South Korea. Its distribution is restricted, and the number of individuals are gradually decreasing. This study was conducted to estimate spatial pattern, genetic diversity and spatial genetic structure of J. chinensis var. sargentii. A total of 131 clumps were studied in the study area (40m × 60m). The spatial pattern of this population was random (Aggregation index R=1.031). In spite of the small number and the limited distribution, the level of genetic diversity (Shannon's index 1=0.463) was relatively high as compared with those of other plant species with similar ecological characteristics. ISSR genotypes of all individuals were investigated to find the genetic relationship of clumps and genets. Fifteen clumps were composed to be clones, and a total of 116 unique genotypes were composed by separate genets. Spatial autocorrelation analysis using Tanimoto distance showed that the genetic patch was established within 8m. The effect of clonal reproduction on genetic structure was almost nothing.
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문제 정의
1987, Godt and Hamrick 1998). 본 연구는 이와 같은 목적으로 ISSR 표지자를 이용하여 한라산에서 서식하고 있는 눈향나무의 공간분포에 따른 유전 구조와 유전다양성을 파악하고자 한다.
제안 방법
가로 40 m(남서방향), 세로 60 m(북동방향)의 조사구를 설치하고, 조사구에 분포하는 총 131개의 눈향나무 clump의 크기와 위치를 기록하였다. 13개 clump에서 각각 침엽시료를 채취하고, 단일 clump의 유전적 동질성을 파악하기 위하여 한 clump(4 m X 4 m)에서 일정한 간격을 두고 8개의 잎을 채취하였다.
CTAB(Cetyltrimethyl ammonium bromide)추출 방법을 이용하여 침엽조직에서 total DNA를 추출하였다(Milligan 1992), UBC (University of British Columbia)에서 제 작한 ISSR primer 50개로 예비실험을 하였으며, 이 중 증폭산물의 재현성 및 다형성을 고려하여 7개의 primer를 선발하였다(Table 1). ISSR PCR의 반응용액의 조성은 50 mM KC1, 10 mM Tris-HCl, 1.
Clark와 Evans(1954)의 군집지수(Aggregation index, R)를 사용하여 조사지역내의 눈향나무 시료의 분포형태를 파악하고, 밀도, 피도, clump간 평균거리, clump의 평균면적 등을 구하여 집단의 개황을 분석하였다.
ISSR PCR에 의해 생성된 다형성 증폭산물을 바탕으로 POPGENE (Yeh et al. 1997) 프로그램을 이용하여 Shannon의 다양성 지수 (diversity index, /; Lewontin 1972)를 구하여 눈향나무 집단의 유전적 다양성을 추정하였고, 모든 개체의 유전자형을 비교하여 이ump별 genet의 구성 여부를 파악하였다.
7개의 primer를 선발하였다(Table 1). ISSR PCR의 반응용액의 조성은 50 mM KC1, 10 mM Tris-HCl, 1.5 mM MgCk, 200 UM dNTPs, 40 ng/jiL primer, 10 ng template DNA, 1.0 unit Taq polymerase 조건으로 실험을 하였으며(강 등 2003), PCR cyclee PTC-200 (MJ-Research Com.) 기기를 이용하여 94℃/30초, 50-54 笆/60초, 72C/60초의 과정을 45회 반복하고, 72℃/5분간 처리하여 증폭을 완료시켰다. 증폭산물을 1.
공간적 유전구조를 구명하기 위해 Tanimoto distance를 이용하여 눈향나무 집단의 공간적 자기상관 분석을 실시하였다. 자료 분석을 위해 SGS 프로그램(Degen et 시, 2001)을 이용하였으며, Tanimoto distance의 공식은 다음과 같다.
대상 데이터
quelpaertensis), 백리향(啊mzw quinquecostatus) 등이 서식하고 있다. 가로 40 m(남서방향), 세로 60 m(북동방향)의 조사구를 설치하고, 조사구에 분포하는 총 131개의 눈향나무 clump의 크기와 위치를 기록하였다. 13개 clump에서 각각 침엽시료를 채취하고, 단일 clump의 유전적 동질성을 파악하기 위하여 한 clump(4 m X 4 m)에서 일정한 간격을 두고 8개의 잎을 채취하였다.
본 연구의 조사지는 한라산 영실지역(해발고 약 1, 650 m, 남서사면)의 완만한 경사지(4~6。)다. 조사지 주변에는 철쭉(Rhododendron schlippenbachii), 시로미 nigrum var.
조사구 2, 400 m2(40 m x 60 m) 내에, clump의 총 수는 131개로 밀도는 0.05개启였다(Fig. 1). 눈향나무는 장 .
데이터처리
자료 분석을 위해 SGS 프로그램(Degen et 시, 2001)을 이용하였으며, Tanimoto distance의 공식은 다음과 같다.
성능/효과
21개 다형성 표지자를 이용하여 모든 개체의 유전자형(multilocus genotype)을 비교한 결과, 총 131 개체 중 유전자형이 동일한 두 clump가 네 쌍, 세 clump는 한 쌍, 네 clump 한 쌍이 나타났으며, 나머지 116개체는 서로 다른 유전자형을 나타내어 총 122개의 유전자형이 존재하는 것으로 추정되었다. 동일한 유전자형을 가진 clump들은 거리가 근접해 있으며(Fig.
7개 ISSR primer에서 생산된 총 76개의 증폭산물중, 단 형성 증폭 산물은 55개, 다형성 증폭산물은 21개로서, 다형성 증폭 산물의 비율은 28%였다. 131 개체에 대한 Shannon의 다양성 지수는 0.
1), 특별한 물리적 장애물이 존재하지 않았으므로 동일한 클론으로 판단할 수 있었다. Clump 내의 유전적 구성을 판별하기 위해 한 clump(4 m싸 m)에서 채취한 8개 시료들의 유전자형을 분석한 결과, 4개체와 2개체가 각각 같은 유전자형을 나타냈고, 나머지 2개체는 각기 달라 총 4개의 유전자형으로 이루어져 있는 것으로 나타났다. 눈향나무의 각 clump들은 대부분은 서로 다른 genet으로 구성되어 있으며, 간혹 몇 개의 clump가 한 genet을 구성하거나, 한 dump가 몇 개의 genet으로 구성되어 있는 것으로 나타났다.
눈향나무의 각 clump들은 대부분은 서로 다른 genet으로 구성되어 있으며, 간혹 몇 개의 clump가 한 genet을 구성하거나, 한 dump가 몇 개의 genet으로 구성되어 있는 것으로 나타났다. Tanimoto distance를 이용한 공간적 자기상관성 분석을 실시한 결과, 조사지역 내의 눈향나무 집단은 8 m 이내에서 유전적으로 유사한 군락(genetic patch)을 형성하였고, 8 m 이상의 구간에서는 임의분포를 나타내었다(Fig. 2). 공간적 유전구조는 클론 형성의 정도에 따라 영향을 받으므로(Reusch et al.
공간자기상관 분석의 결과, 클론번식이 유전구조 형성에는 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며, 보전학적인 측면에서 제주도 눈향나무 집단의 현지외 유전자 보존을 위한 개체의 선발시 최소한 8 m 이상의 거리를 두어야 할 것으로 판단된다. 클론번식을 겸하는 식물의 공간적 유전구조에 대한 연구 결과를 살펴보면, 관목성 식물인 우묵사스레피(£"0杆 emarginata; Chung and Epperson 2000)와 복분자的枷 coreanus', 강 등 2003) 의 경우에는 각각 24 tn와 20 m 이내에서 공간적 유전구조가 형성되 었다.
눈향나무의 경우에는 대부분 dump별로 상이한 유전적 구성을 갖고 있었지만, 클론으로 이루어진 몇 개의 clump가 존재하기도 하였다. 또한, 본 연구의 자료 분석에서 clump내부의 모든 개체들은 동일한 유전자형을 갖고 있다고 가정하였으나, 일정 면적 이상의 clump는 몇 개의 genet 으로 이루어져 있는 것으로 나타났다.
(Krebs 1999). 채집한 눈향나무의 위치자료를 바탕으로 군집지수를 계산한 결과, 군집지수는 1.013 으로 통계적으로(3.001) 눈향나무 clump들이 공간적으로 임의분포하고 있음을 알 수 있었다.
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