재배식물인 강화약쑥의 분류학적 실체를 파악하기 위하여 외부형태가 유사한 쑥속식물을 대상으로 외부형태 비교와 ITS 염기서열분석을 수행하였다. 지금까지 강화약쑥의 기원식물은 쑥으로 알려져 왔으나, 잎의 외부형태에서 1-2회 우상 중열 또는 심열하고 잎 표면에 백색선모가 분포하는 특징은 황해쑥의 잎과 동일하였으며, ITS분석에서도 강화약쑥은 쑥과 유집되지 않고 황해쑥과 더 가깝게 유집되었다. 따라서 강화약쑥은 쑥이 아닌 황해쑥에서 기원된 재배식물로 판단되었다.
재배식물인 강화약쑥의 분류학적 실체를 파악하기 위하여 외부형태가 유사한 쑥속식물을 대상으로 외부형태 비교와 ITS 염기서열분석을 수행하였다. 지금까지 강화약쑥의 기원식물은 쑥으로 알려져 왔으나, 잎의 외부형태에서 1-2회 우상 중열 또는 심열하고 잎 표면에 백색선모가 분포하는 특징은 황해쑥의 잎과 동일하였으며, ITS분석에서도 강화약쑥은 쑥과 유집되지 않고 황해쑥과 더 가깝게 유집되었다. 따라서 강화약쑥은 쑥이 아닌 황해쑥에서 기원된 재배식물로 판단되었다.
Aiming to determine the taxonomic identity of Gang-hwa-yak-ssuk as a cultivated plant, this study analyzes ITS sequences and compares their external morphologies with the genus Artemisia, which have a similar external morphology. Thus far, we have considered A. indica as the original plant of Gang-h...
Aiming to determine the taxonomic identity of Gang-hwa-yak-ssuk as a cultivated plant, this study analyzes ITS sequences and compares their external morphologies with the genus Artemisia, which have a similar external morphology. Thus far, we have considered A. indica as the original plant of Gang-hwa-yak-ssuk, but Gang-hwa-yak-ssuk is better grouped with A. argyi, not A. indica, for the following reasons: Gang-hwa-yak-ssuk has the same characteristics as A. argyi in terms of the natural habitat, in that it is 1-bipinnately cleft or parted in the external morphology of its leaves, and because the white glandular trichome is distributed on the adaxial surface. This is in addition to the result of ITS sequence analysis. Therefore, we can define Gang-hwa-yak-ssuk as a cultivated plant that originates from A. argyi and not A. indica.
Aiming to determine the taxonomic identity of Gang-hwa-yak-ssuk as a cultivated plant, this study analyzes ITS sequences and compares their external morphologies with the genus Artemisia, which have a similar external morphology. Thus far, we have considered A. indica as the original plant of Gang-hwa-yak-ssuk, but Gang-hwa-yak-ssuk is better grouped with A. argyi, not A. indica, for the following reasons: Gang-hwa-yak-ssuk has the same characteristics as A. argyi in terms of the natural habitat, in that it is 1-bipinnately cleft or parted in the external morphology of its leaves, and because the white glandular trichome is distributed on the adaxial surface. This is in addition to the result of ITS sequence analysis. Therefore, we can define Gang-hwa-yak-ssuk as a cultivated plant that originates from A. argyi and not A. indica.
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문제 정의
본 연구는 기원에 있어서 혼란이 있는 강화약쑥의 외부형태형질, 분자생물학적인 연구를 토대로 기원식물을 명확히 밝히고, 강화약쑥의 분류학적 위치를 검토함으로서 다양한 응용분야에 활용되었을 때 정확한 기초자료를 제공하는데 목적이 있다.
제안 방법
, 1990)를 사용하여증폭하였다. 95℃에서 2분간 predenaturation을 하였고,95℃ 20초, 50℃ 40초, 72℃ 1분을 하나의 주기로 하여 30cycle을 수행하고, 72℃에서 5분 동안 고정하였다. PCRproduct는 시판되는 Kit (Solgent, PCR purification Kit)를 이용하여 증폭된 DNA만을 정제하였고, 1% agarose gel에1 ml를 loading하여 농도를 확인하였다.
95℃에서 2분간 predenaturation을 하였고,95℃ 20초, 50℃ 40초, 72℃ 1분을 하나의 주기로 하여 30cycle을 수행하고, 72℃에서 5분 동안 고정하였다. PCRproduct는 시판되는 Kit (Solgent, PCR purification Kit)를 이용하여 증폭된 DNA만을 정제하였고, 1% agarose gel에1 ml를 loading하여 농도를 확인하였다. 정제된 PCRproduct는 PCR primer를 이용하여 양방향으로 sequencing을 실시하였다.
, 1995). 또한, MaximumParsimony (MP) 분석방법으로 Heurestic search를 이용하였으며, 분석에서 ACCTRAN, MULPARS, TBR branchswaping 조건을 부여하여 strict consensus tree를 산출하였다. 각 분계도의 지지도를 알아보기 위해 Bootstrap value(Felsentein, 1985)는 1,000회 반복하여 분석하였다.
PCRproduct는 시판되는 Kit (Solgent, PCR purification Kit)를 이용하여 증폭된 DNA만을 정제하였고, 1% agarose gel에1 ml를 loading하여 농도를 확인하였다. 정제된 PCRproduct는 PCR primer를 이용하여 양방향으로 sequencing을 실시하였다.
8; Gene Codes Corporation, Ann Arbor,MI, USA)를 사용하여 조합하였다. 조합된 염기서열은MacClade ver. 4.08 (Maddison and Maddison, 2003)을 거쳐ClusterX (Thompson et al., 1997)를 사용하여 정렬하였으며,다시 MacClade를 이용한 수작업으로 최종 정렬하였다. 정렬한 염기서열은 PAUP ver.
표본 또는 생육지에서 수집한 잎을 silicagel에 보관 후 완전히 건조하고 분쇄기(Retsch, MM200)로 파쇄하였고,DNA extraction kit (DNeasy Plant Mini kit, Qiagen)를 사용하여 Total genomic DNA를 추출하였다.
대상 데이터
강화약쑥의 두 종류인 싸주아리쑥과 사자발쑥을 포함하여, 강화약쑥과 외부형태적으로 유사한 분류군, 특히,잎 표면에 백색선모가 분포하는 뺑쑥(A. lancea), 참쑥(A.codonocephala), 황해쑥(A. argyi)과 그동안 혼란이 되어왔던 분류군인 쑥(A. indica)을 포함한 근연분류군을 재료로사용하였다. 이들 재료는 2007년 8월부터 2009년 9월까지개화기와 결실기를 중심으로 채집된 성숙한 개체를 FAA(Formalin-acetic acid-ethyl alcohol)에 고정한 액침표본과 일부는 안동대학교 실험포장에 이식하여 재배한 재료를 사용하였다.
indica)을 포함한 근연분류군을 재료로사용하였다. 이들 재료는 2007년 8월부터 2009년 9월까지개화기와 결실기를 중심으로 채집된 성숙한 개체를 FAA(Formalin-acetic acid-ethyl alcohol)에 고정한 액침표본과 일부는 안동대학교 실험포장에 이식하여 재배한 재료를 사용하였다. 각 실험에 사용된 재료의 증거 표본은 안동대학교 생명자원과학부 표본관(ANH)에 보관하였다(Table.
이론/모형
각 재료에 대한 forward와 reverse 방향의 염기서열은Sequencher (ver 4.8; Gene Codes Corporation, Ann Arbor,MI, USA)를 사용하여 조합하였다. 조합된 염기서열은MacClade ver.
, 1997)를 사용하여 정렬하였으며,다시 MacClade를 이용한 수작업으로 최종 정렬하였다. 정렬한 염기서열은 PAUP ver. 4.0b10 (Swafford, 2003)을 이용하여 two-parameter methods (Kimura, 1980)로 계산된 염기변이값을 기초로 Neighbor Joining (NJ) tree를 산출하였다(Saitou and Nei, 1987; Farris et al., 1995). 또한, MaximumParsimony (MP) 분석방법으로 Heurestic search를 이용하였으며, 분석에서 ACCTRAN, MULPARS, TBR branchswaping 조건을 부여하여 strict consensus tree를 산출하였다.
성능/효과
Strict consensus tree 분석 결과, 쑥과 뺑쑥은 69% bootstrap신뢰도로 하나의 분계조를 형성하였으며, 황해쑥(볼음도,백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥은 91% bootstrap 신뢰도로참쑥과 자매군을 형성하였다. 황해쑥(볼음도, 백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥은 88% bootstrap 신뢰도 하나의 분계조를 형성하여 매우 가까운 근연관계로 나타났다(Fig.
강화약쑥을 백색 선모가 분포하는 분류군들과 비교해보면 싸주아리쑥과 사자발쑥의 중부 잎 분열 형태는 1−2회 우상 중열, 심열하여 황해쑥과 유사하게 분열하였으며, 2회우상 전열하는 참쑥과 명확하게 구분되었다.
두 번째 그룹 내에서 참쑥이 가장 먼저 분기되어 황해쑥(볼음도, 백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥과 자매군을 형성하였으며, 90% bootstrap신뢰도로 황해쑥(볼음도, 백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥이 유집되어 매우 가까운 근연관계로 나타났다.
(2010)의 결과와 동일한 결과로 싸주아리쑥과 사자발쑥은 명확하게 황해쑥의 자생집단과 유집군을 형성하였다. 반면 기존에 강화약쑥의 기원으로 알려져 온 쑥은싸주아리쑥, 사자발쑥과 유집되지 않는 별도의 분류군으로 싸주아리쑥, 사자발쑥은 쑥보다는 황해쑥에 더 가깝게 유집되는 것으로 나타났다(Fig. 3).
잎의 형태가 유사하여 강화약쑥과 혼란이 되어왔던 분류군 중 잎표면에 백색선모가 명확하게 분포하는 것으로 뺑쑥, 참쑥,황해쑥에서 관찰되었다. 싸주아리쑥, 사자발쑥의 잎 표면관찰결과, 백색선모가 매우 뚜렷하게 관찰되어 잎의 형태는 유사하지만 백색선모가 없는 쑥과 뚜렷하게 구분되어 별개의 분류군인 것으로 관찰되었다(Fig. 2).
쑥속에서 아속을 구분하는 형질인 중앙 양성화의 임성유무와 Artemisia아속내 주요 식별형질인 화탁 표면의비선모 유무를 관찰하여 Park et al. (2010)의 연구와 비교한 결과, 생식형질에서 싸주아리쑥과 사자발쑥은 모두 중앙 양성화가 임성인 Artemisia아속에 포함되는 분류군으로 중앙화가 불임성인 Dracunculus아속과 구분되었으며, 화탁에 털이 전혀 없는 분류군으로 화탁에 털이 밀생하는 분류군들과 별개의 분류군임을 뒷받침해 주었다(Fig. 1K).
이러한 결과를 종합해볼 때 강화약쑥의 두 종류인 싸주아리쑥과 사자발쑥은 두상화서 형태 및 구조에서 중앙화가 임성인 Artemisia아속에 포함되는 분류군이며, 잎의 형태와 분열 정도 및 잎 표면 백색선모의 형질과 같은Artemisia아속내에서 황해쑥을 구분하는 형질을 모두 갖추고 있다. 이상의 형태학적 결과는 강화약쑥이 황해쑥에서 기원된 재배식물임을 명확하게 뒷받침해 준다.
이러한 결과를 종합해볼 때 강화약쑥의 두 종류인 싸주아리쑥과 사자발쑥은 두상화서 형태 및 구조에서 중앙화가 임성인 Artemisia아속에 포함되는 분류군이며, 잎의 형태와 분열 정도 및 잎 표면 백색선모의 형질과 같은Artemisia아속내에서 황해쑥을 구분하는 형질을 모두 갖추고 있다. 이상의 형태학적 결과는 강화약쑥이 황해쑥에서 기원된 재배식물임을 명확하게 뒷받침해 준다. 또한ITS 염기서열분석에서도 강화약쑥은 황해쑥과 가장 가깝게 유집되어 형태적 분석에서 얻어진 결과를 뒷받침해준다.
또한, 분열하는 열편의 형태가 강화약쑥과 황해쑥은 난상피침형인 반면, 뺑쑥은 선형으로 관찰되어 다른 분류군임을 지지해 주었다. 이중 싸주아리쑥은 전형적인 황해쑥 자생지의 집단에서 흔하게 관찰되는 변이의 유형이며, 사자발쑥은 결각이 단조롭고 잎이 상부를 향해 다소 말리는 특징이 관찰되는데 이는 자생지의 황해쑥 집단에서도 드물게 관찰되는 것으로 확인되었다(Fig. 1).
, 2006; Koyama, 1993; Lee, 1980; Lee, 1996). 잎의 형태가 유사하여 강화약쑥과 혼란이 되어왔던 분류군 중 잎표면에 백색선모가 명확하게 분포하는 것으로 뺑쑥, 참쑥,황해쑥에서 관찰되었다. 싸주아리쑥, 사자발쑥의 잎 표면관찰결과, 백색선모가 매우 뚜렷하게 관찰되어 잎의 형태는 유사하지만 백색선모가 없는 쑥과 뚜렷하게 구분되어 별개의 분류군인 것으로 관찰되었다(Fig.
염기변이에 기초한 Neighbor-Joining (NJ) 분석 결과, 실험대상 분류군들은 크게 두 그룹으로 유집되었다. 첫 번째 그룹은 쑥과 뺑쑥이 83% bootstrap 신뢰도로 묶여 유집군을 형성하였으며, 두 번째 그룹은 참쑥, 황해쑥(볼음도,백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥은 94% bootstrap 신뢰도로같은 군을 형성하며 유집되었다. 두 번째 그룹 내에서 참쑥이 가장 먼저 분기되어 황해쑥(볼음도, 백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥과 자매군을 형성하였으며, 90% bootstrap신뢰도로 황해쑥(볼음도, 백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥이 유집되어 매우 가까운 근연관계로 나타났다.
Strict consensus tree 분석 결과, 쑥과 뺑쑥은 69% bootstrap신뢰도로 하나의 분계조를 형성하였으며, 황해쑥(볼음도,백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥은 91% bootstrap 신뢰도로참쑥과 자매군을 형성하였다. 황해쑥(볼음도, 백령도), 싸주아리쑥, 사자발쑥은 88% bootstrap 신뢰도 하나의 분계조를 형성하여 매우 가까운 근연관계로 나타났다(Fig. 4).
황해쑥의 주 분포지는 남한의 경우 경기, 충남의 서해에근접한 지역인데, 백령도를 비롯한 강화도 인근지역에서는 황해쑥의 자생집단에서 생체를 채취하여 재배하는 것으로 나타났다. 싸주아리쑥은 자생집단에서 흔하게 관찰되는 전형적인 황해쑥 집단을 옮겨 심어와 특별한 선별과정 없이 재배한 것으로 사료되며, 사자발쑥의 단조로운잎과 위쪽을 향하여 말리는 특징은 일부 황해쑥 집단에서 드물게 관찰되는 변이체로서 강화군에서 특별한 선별과정을 통하여 육성해 온 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쑥속이란?
쑥속(Artemisia L.)은 국화과(Asteraceae), 국화족(Anthemideae) 내에 속하는 가장 큰 속으로서 전 세계적으로 종과 종하분류군을 포함하여 500여 분류군 이상이 주로 북반구의 중·고위도 온대성 기후지역에 넓게 분포하며, 일부 분류군이 한대성 기후지역과 건조지역, 남반구지역에 각각 분포하는 것으로 알려져 있다(McArthur,1979; Ling, 1991, 1992, 1995a, b; Heywood and Humphries,1977; Bremer and Humphries, 1993).
쑥속식물의 동정이 어려운 이유는?
쑥속식물은 분류군간의 형태적인 유사성으로 동정이어려울 뿐만 아니라 지리적 혹은 동일집단 간에도 외부형태학적 변이가 다양하여, 분류군에 대한 한계설정의 문제로 학명에 대한 이견 또한 다양한 실정이다.이러한 실정임에도 불구하고 국내에서는 기원이 명확하지 않는 쑥속식물을 대상으로 민간 또는 다양한 연구분야에서 오용되고 있다.
강화약쑥의 기원식물을 명확히 밝히고, 분류학적 위치를 검토하기 위해서 외부형태학적 연구를 진행한 방법은?
외부형태학적 연구는 동일 집단에서 성숙하여 개화한개체를 대상으로 건조표본, 액침표본, 생체재료 등을 사용하여 영양기관과 생식기관의 형태형질을 중심으로 관찰·촬영(해부현미경; Olympus AX-70, Japan; OlympusDP2-BSW, Germany)하였고, 주요형질은 도해하였다.
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