경골어류 잉어과(Cyprinidae), 황어아과(Leuciscinae)에 속하는 버들치(Rhynchocypris oxycephalus)의 정자형성과정과 정자의 형태를 광학현미경과 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 버들치의 정소는 부레와 창자사이에 위치하고 있었고 장축 약 2.3 cm, 단축 약 6 mm 정도로 팽창된 긴방추형이었고 흰색을 띠고 있었다. 정자형성과정은 정소낭(testicular cyst)에서 이루어졌으며, 각 정소낭 내에서 다양한 분화시기의 생식세포가 분포하고 있었다. 정원세포는 전자밀도가 매우 낮고 미토콘드리아의 발달이 현저하였다. 제1정모세포는 원형으로 정원세포보다 크기가 작았고 제2정모세포는 제1정모세포보다 더 작아졌고 핵의 전자 밀도는 더 높았다. 정세포의 초기발달시기에는 세포의 크기가 정모세포보다 작아졌고 두부의 전자밀도가 높아졌으며 편모가 형성되기 시작하였고 미토콘드리아는 핵 주변에 분포하였다. 정자 완성과정 말기에는 핵의 염색질 응축이 뚜렷하였으며 핵은 세포질 한쪽에 치우쳐 있었고, 미토콘드리아는 편모 주변에 집중되었다. 완전히 성숙한 정자의 경우 두부형태는 구형이었고 두부에서 첨체는 관찰되지 않았으며 편모의 미세소관 배열은 9+2구조를 이루고 있었다. 또한 편모 양쪽으로 lateral fin은 관찰되지 않았다.
경골어류 잉어과(Cyprinidae), 황어아과(Leuciscinae)에 속하는 버들치(Rhynchocypris oxycephalus)의 정자형성과정과 정자의 형태를 광학현미경과 전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 버들치의 정소는 부레와 창자사이에 위치하고 있었고 장축 약 2.3 cm, 단축 약 6 mm 정도로 팽창된 긴방추형이었고 흰색을 띠고 있었다. 정자형성과정은 정소낭(testicular cyst)에서 이루어졌으며, 각 정소낭 내에서 다양한 분화시기의 생식세포가 분포하고 있었다. 정원세포는 전자밀도가 매우 낮고 미토콘드리아의 발달이 현저하였다. 제1정모세포는 원형으로 정원세포보다 크기가 작았고 제2정모세포는 제1정모세포보다 더 작아졌고 핵의 전자 밀도는 더 높았다. 정세포의 초기발달시기에는 세포의 크기가 정모세포보다 작아졌고 두부의 전자밀도가 높아졌으며 편모가 형성되기 시작하였고 미토콘드리아는 핵 주변에 분포하였다. 정자 완성과정 말기에는 핵의 염색질 응축이 뚜렷하였으며 핵은 세포질 한쪽에 치우쳐 있었고, 미토콘드리아는 편모 주변에 집중되었다. 완전히 성숙한 정자의 경우 두부형태는 구형이었고 두부에서 첨체는 관찰되지 않았으며 편모의 미세소관 배열은 9+2구조를 이루고 있었다. 또한 편모 양쪽으로 lateral fin은 관찰되지 않았다.
The ultrastructure of spermatogenesis and sperm in Chinese minnow, Rhynchocypris oxycephalus belonging to Leuciscinae was investigated by light and electron microscopes. The whitish testis was located between intestine and air bladder. The size of testis was major axis 2.3 cm, minor axis 6 mm. The t...
The ultrastructure of spermatogenesis and sperm in Chinese minnow, Rhynchocypris oxycephalus belonging to Leuciscinae was investigated by light and electron microscopes. The whitish testis was located between intestine and air bladder. The size of testis was major axis 2.3 cm, minor axis 6 mm. The testis contained numerous testicular cysts, and spermatogenesis was non-synchronized in these testicular cysts. In the case of spermatogonium, the nucleus was comparatively large ellipsoidal, and mitochondria showed a marked development. The size of primary spermatocyte was smaller than that of spermatogonia, and secondary spermatocyte was smaller than primary spermatocyte. The chromatin of spermatocyte was highly condensed according to their development. The nucleus with electron-dense was round shape. In spermiogenesis, flagella started to be formed and chromatin was more condensed. The mitochondria were rearranged in a middle piece. The sperm was formed by loss of cytoplasm. The head of mature sperm was a spherical shape and have not acrosome. The microtubules of flagella were arranged 9+2 structure. Also, the tail of sperm have not lateral fins.
The ultrastructure of spermatogenesis and sperm in Chinese minnow, Rhynchocypris oxycephalus belonging to Leuciscinae was investigated by light and electron microscopes. The whitish testis was located between intestine and air bladder. The size of testis was major axis 2.3 cm, minor axis 6 mm. The testis contained numerous testicular cysts, and spermatogenesis was non-synchronized in these testicular cysts. In the case of spermatogonium, the nucleus was comparatively large ellipsoidal, and mitochondria showed a marked development. The size of primary spermatocyte was smaller than that of spermatogonia, and secondary spermatocyte was smaller than primary spermatocyte. The chromatin of spermatocyte was highly condensed according to their development. The nucleus with electron-dense was round shape. In spermiogenesis, flagella started to be formed and chromatin was more condensed. The mitochondria were rearranged in a middle piece. The sperm was formed by loss of cytoplasm. The head of mature sperm was a spherical shape and have not acrosome. The microtubules of flagella were arranged 9+2 structure. Also, the tail of sperm have not lateral fins.
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문제 정의
따라서 본 연구는 국내에서 우점종에 속하면서 아직 정자형성과정이 밝혀져 있지 않은 잉어과(Cyprinidae), 황어아 과(Leuciscinae)에 속하는 버들치(Rhynchocypris oxycephalus)를 실험재료로 선정하여 광학현미경과 전자현미경을 이용하여 정자형성과정을 밝히고 이 종만이 가지고 있는 정자의 미세구조적 특징을 확인하고자 하였다.
가설 설정
주사전자현미경용 시료의 경우 정자를 관찰하기 위하여 정소를 적출하여 막자사발에 넣어 분쇄한 후 생리식염수와 혼합하여 이 액상에 정자가 있다고 가정하고 전고정액을 첨가하여 고정시켰다. 2,800 rpm에서 2분간 원심분리하여 얻은 정자를 통상적인 주사전자현미경의 시료처리법에 따라 고정 및 탈수하여 hexamethyldisilazane으로 치환시킨 후 정자의 경우 4등분한 cover glass에 도말하고 정소의 경우 통채로 대기 중에서 건조한 후 JEM-6300 (JEOL, Japan)과 TM-1000 (Hitachi, Japan) 주사전자현미경으로 정자의 두부, 몸통, 꼬리의 일반형태 및 lateral fin의 유무를 관찰하였다.
제안 방법
주사전자현미경용 시료의 경우 정자를 관찰하기 위하여 정소를 적출하여 막자사발에 넣어 분쇄한 후 생리식염수와 혼합하여 이 액상에 정자가 있다고 가정하고 전고정액을 첨가하여 고정시켰다. 2,800 rpm에서 2분간 원심분리하여 얻은 정자를 통상적인 주사전자현미경의 시료처리법에 따라 고정 및 탈수하여 hexamethyldisilazane으로 치환시킨 후 정자의 경우 4등분한 cover glass에 도말하고 정소의 경우 통채로 대기 중에서 건조한 후 JEM-6300 (JEOL, Japan)과 TM-1000 (Hitachi, Japan) 주사전자현미경으로 정자의 두부, 몸통, 꼬리의 일반형태 및 lateral fin의 유무를 관찰하였다.
Ethanol 농도 상승 순으로 탈수하고 xylene으로 치환시킨 후 paraffin으로 포매하여 2~3μm 두께로 절편을 만들어 hematoxylin과 eosin으로 이중 염색하여 광학현미경으로 발생분화시기에 따른 정자형성과정을 관찰하였다.
pH 6.5±0.5 및 20.0±0.5℃로 조정된 물이 담긴 수조(60×45×45 cm)에서 사육하였으며 기초양어수는 Fritz-guard (Fritz Co., Ltd., USA)로 상수의 염소를 제거시킨 후 사용하고 저면여과판을 이용한 생물학적 여과법으로 물을 정화하였다.
성숙한 버들치 수컷을 해부하여 정소의 외부형태를 관찰하고 정소를 적출하여 0.1 M 인산완충용액(pH 7.4)으로 조정된 10％ 포르말린으로 4℃에서 24시간 고정한 후 흐르는 물로 12시간 세척하였다. Ethanol 농도 상승 순으로 탈수하고 xylene으로 치환시킨 후 paraffin으로 포매하여 2~3μm 두께로 절편을 만들어 hematoxylin과 eosin으로 이중 염색하여 광학현미경으로 발생분화시기에 따른 정자형성과정을 관찰하였다.
후고정은 1% osmium tetroxide로 90분간 실시하였고, 동일 완충용액으로 20분간 2번 세척한 후 ethanol 농도 상승 순으로 탈수시켜 propylene oxide로 치환하였다. 포매는 Epon 혼합액을 사용하였고, 열중합 후 초박절편기(Reichert Ultracut E, Germany)를 이용하여 60~70 nm 두께로 초박절편을 만들어 uranyl acetate와 lead citrate로 이중염색한 후 JEM-1200EX II형(JEOL, Japan) 투과전자현미경으로 정자형성과정을 관찰하였다.
수조 바닥에 쌓인 배설물과 먹고 남은 사료는 2일 간격으로 1/3씩 환수시켜 제거하였다. 하루 10시간씩 낮 환경을 유지시켰고 먹이는 자외선으로 살균시킨 냉동장구벌레 (Blood WormsTM, Hikari Sales USA, Inc., USA)를 오전 9시와 오후 5시에 하루 2번씩 공급하였다. 수류발생은 측면여과기를 이용하였다.
대상 데이터
번식기인 2009년 4월과 5월 사이에 강원도 원주시 흥업면 매지리 182번지 하천에서 버들치를 채집하여 실험실내에서 기초사육을 하였으며 사육중 성숙한 수컷을 선별하여 실험재료로 사용하였다.
채집한 버들치를 사육하는 동안 몸이 홀쭉하고 손으로 복부를 눌렀을 때 수정관이 나오거나 정액이 나오는 수컷을 선별하여 분리하였다.
성능/효과
4). 발달함에 따라서 제1정모세포는 전자밀도가 약간 높아졌고 세포질내의 미토콘드리아는 정원세포에 비하여 감소되는 경향을 보였다(Fig. 5). 제2정모세포는 염색질이 응축되어 보다 전자밀도가 높아졌으며 미토콘드리아가 더 적게 관찰되었다(Fig.
7). 발생함에 따라서 정세포는 세포간극이 매우 커졌고 핵은 균질한 상태를 보였고 편모가 형성되고 있는 것이 확인되었다(Fig. 8). 핵은 점점 더 응축되어졌으며, 일부 핵에서는 부분적으로 낮은 전자밀도를 보이기도 하였다.
성숙한 정자를 주사전자현미경으로 관찰한 결과 머리는 직경 1.8~2.0 μm 정도인 구형이었으며 중편은 매우 짧고 둥근 형태였고 매우 긴 편모를 가지고 있었다(Fig. 11).
9). 성숙한 정자의 두부는 원형이었고 첨체(acrosome)는 발견되지 않았으며, 세포질은 거의 없었고 높은 전자밀도를 가지고 있었다(Fig. 10). 흰철갑상어(white sturgeon)의 경우처럼 두부에 첨체를 보유하고 있는 종도 있으나(Cherr & Clark, 1984) 대부분의 경골어류는 첨단체가 없는 것으로 알려져 있다.
이상과 같이 번식기인 4~5월에 채집된 버들치(R. oxycephalus)의 정자형성과정을 관찰한 결과 다른 경골어류의 경우와 매우 유사하였고 정소 전체에서 정소낭 속에서 동시에 분화되지 않아 다양한 단계의 생식세포들이 관찰되었다. 성숙한 정자의 형태 역시 구형의 첨체가 없는 머리와 짧은 중편은 다른 어종과 매우 유사하지만 lateral fin은 관찰되지 않았다.
1). 정소의 단면을 광학현미경으로 관찰한 결과 각 정소낭 마다 같은 분화시기에 있는 정원세포, 제1정모세포, 제2정모세포, 정세포 및 정자 등 생식세포들이 관찰되었다(Fig. 2). 따라서 버들치의 경우 정자 형성과정은 정소낭 내에서 동시에 분화하지 않는 종에 속한다.
5). 제2정모세포는 염색질이 응축되어 보다 전자밀도가 높아졌으며 미토콘드리아가 더 적게 관찰되었다(Fig. 6). 체외수정하는 경골어류의경우 수컷이 난자 근처에 정자를 방출함으로써 수정이 이루어지기 때문에 포유류의 정자처럼 암컷의 생식도관을 헤엄쳐 난자를 만날 필요가 없기 때문에 미토콘드리아의 수가 적은 것으로 생각된다.
후속연구
성숙한 정자의 형태 역시 구형의 첨체가 없는 머리와 짧은 중편은 다른 어종과 매우 유사하지만 lateral fin은 관찰되지 않았다. 본 실험은 번식기에 국한된 실험이었기 때문에 기온변화에 따른 년 중 생식주기에 맞추어 정소의 변화과정에 대한 연구도 추가적으로 필요하며 국내에 서식하는 황어아과의 어류는 야레, 백련어, 대두어 등 버들치 이외에 10종이 있으며 이들 종에 대한 미세구조적 비교실험을 통하여 같은 아강(subclass)내의 종간 차이점과 공통점에 대한 연구가 추가적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
버들치가 분포하는 지역은?
버들치(Rhynchocypris oxycephalus)는 잉어목(Cypriniformes), 잉어과(Cyprinidae), 황어아과(Leuciscinae)에 속하는 담수산 경골어류로 중국북부, 한국, 일본의 중남부에 분포하며 주로 산간 계류의 차가운 물, 강 상류에서 수서곤충 이나 갑각류, 실지렁이 및 부착 조류를 먹고 산다. 산란기는 4월 중순에서 5월 중순으로 알려져 있다(Kim & Park, 2002).
경골어류의 정자형성과정은 어디에서 이루어지는가?
일반적으로 경골어류의 정자형성과정은 정소 내 정소낭 (testicular cyst)에서 이루어지며(Chung, 2008; Kim et al., 2009a, b), 정소낭 내에서 성숙한 정자가 형성된 후 바로 체외로 방출되지만 큰 가시고기처럼 부정소를 가지고 있는 경우도 있다(Deung, 1999).
버들치의 산란기는?
버들치(Rhynchocypris oxycephalus)는 잉어목(Cypriniformes), 잉어과(Cyprinidae), 황어아과(Leuciscinae)에 속하는 담수산 경골어류로 중국북부, 한국, 일본의 중남부에 분포하며 주로 산간 계류의 차가운 물, 강 상류에서 수서곤충 이나 갑각류, 실지렁이 및 부착 조류를 먹고 산다. 산란기는 4월 중순에서 5월 중순으로 알려져 있다(Kim & Park, 2002).
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