설악산 눈잣나무 천연집단은 국내 유일하게 분포하는 남방한계 분포지 수종으로 유전자원보존을 위하여 침엽의 형태적 해부학적 특성과 I-SSR 표지자를 이용한 유전변이를 조사하였다. 8가지 침엽특성에 대한 ANOVA 분석결과 모든 특성에서 개체 간에 통계적인 유의성이 인정되었다. 조사된 66개체의 평균특성은 침엽길이 53.59 mm, 침엽폭 0.78 mm, 침엽지수 68.98 및 침엽두께 0.65 mm, 최대기 공열수 4.56개, 최소기공열수 3.80개, 전체기공열수 8.36개 및 수지구수 1.71개로 각각 나타났다. 특히, 수지구는 모두 바깥쪽에 위치하는 외위 형태의 1~3개 범위로 수지구 2개 유형이 69.47%을 나타낸 반면 1개 유형은 30.45%를 나타냈다. 선발된 9개 I-SSR Primer에서 총 78개의 증폭산물을 얻었으며, 다형적 유전자좌의 비율은 61.5%, 유효대립유전자의 수 1.698개, 이형접합도의 기대치 0.388 및 Shannon의 다양성지수 0.567로 각각 나타났다.
설악산 눈잣나무 천연집단은 국내 유일하게 분포하는 남방한계 분포지 수종으로 유전자원보존을 위하여 침엽의 형태적 해부학적 특성과 I-SSR 표지자를 이용한 유전변이를 조사하였다. 8가지 침엽특성에 대한 ANOVA 분석결과 모든 특성에서 개체 간에 통계적인 유의성이 인정되었다. 조사된 66개체의 평균특성은 침엽길이 53.59 mm, 침엽폭 0.78 mm, 침엽지수 68.98 및 침엽두께 0.65 mm, 최대기 공열수 4.56개, 최소기공열수 3.80개, 전체기공열수 8.36개 및 수지구수 1.71개로 각각 나타났다. 특히, 수지구는 모두 바깥쪽에 위치하는 외위 형태의 1~3개 범위로 수지구 2개 유형이 69.47%을 나타낸 반면 1개 유형은 30.45%를 나타냈다. 선발된 9개 I-SSR Primer에서 총 78개의 증폭산물을 얻었으며, 다형적 유전자좌의 비율은 61.5%, 유효대립유전자의 수 1.698개, 이형접합도의 기대치 0.388 및 Shannon의 다양성지수 0.567로 각각 나타났다.
This study was conducted to investigate the morphological and anatomical characteristics of needle and the genetic diversity of Pinus pumila Regel which is a unique and the southern peripheral population in South Korea. ANOVA test showed that there were significant differences among individuals with...
This study was conducted to investigate the morphological and anatomical characteristics of needle and the genetic diversity of Pinus pumila Regel which is a unique and the southern peripheral population in South Korea. ANOVA test showed that there were significant differences among individuals within population in all 8 needle characteristics. Average characteristics of 66 individuals were 53.59 mm in needle length, 0.78 mm in needle width, 68.98 in needle index, 0.65 mm in needle thickness, 4.56 ea. in maximum stomata row, 3.80 ea. in minimum stomata row, 8.36 ea. in total stomata row and 1.71 ea. in resin canals, respectively. Resin canal per needle of this species ranged from one to three, depending on external type. Especially, arrangement types were 69.47% in two resin canals and 30.45% in a single resin canal. A total of 78 bands was generated from 9 selected I-SSR primers. The estimates of genetic variation were 61.5% in proportion of polymorphic bands (P), 1.698 in effective number of alleles ($A_e$), 0.388 in expected heterozygosity ($H_e$) and 0.567 in Shannon's information index (S.I.), respectively.
This study was conducted to investigate the morphological and anatomical characteristics of needle and the genetic diversity of Pinus pumila Regel which is a unique and the southern peripheral population in South Korea. ANOVA test showed that there were significant differences among individuals within population in all 8 needle characteristics. Average characteristics of 66 individuals were 53.59 mm in needle length, 0.78 mm in needle width, 68.98 in needle index, 0.65 mm in needle thickness, 4.56 ea. in maximum stomata row, 3.80 ea. in minimum stomata row, 8.36 ea. in total stomata row and 1.71 ea. in resin canals, respectively. Resin canal per needle of this species ranged from one to three, depending on external type. Especially, arrangement types were 69.47% in two resin canals and 30.45% in a single resin canal. A total of 78 bands was generated from 9 selected I-SSR primers. The estimates of genetic variation were 61.5% in proportion of polymorphic bands (P), 1.698 in effective number of alleles ($A_e$), 0.388 in expected heterozygosity ($H_e$) and 0.567 in Shannon's information index (S.I.), respectively.
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문제 정의
따라서 본 연구는 국내 분포하는 설악산 눈잣나무 집단의 유전자원보존을 위한 전략 수립을 위해 침엽의 형태적･해부학적 특성은 물론 I-SSR 표지자 분석을 이용한 유전적 특성을 밝히는데 있다.
제안 방법
DNA size marker를 기준으로 특정 크기(bp)를 지니는 증폭산물의 유무에 따라 ‘1’과 ‘0’으로 코딩하여 자료행렬로 전환하였다.
I-SSR Polymerase chain reaction(PCR)은 주형 DNA 6 ng, 10×buffer, 1 mM dNTP, 0.025% BSA 각각 1.5 ㎕, 2 mM MgCl2 1.2㎕, 1.5 μM I-SSR primer 3.75 ㎕, Promega Flexi GoTaq (Promega Corp., Madison, WI) 0.6 U 및 증류수가 포함된 총 15 ㎕의 반응액을 95℃에서 5분 동안 1차 해리한 후, 해리 95℃ 1분, annealing 50∼54℃ 1분, extension 72℃ 2분으로 구성된 반응을 30회 반복한 후 최종적으로 72℃에서 10분간 extension하여 수행하였다(Applied Biosystems Gene Amp. PCR system 9700).
PCR 증폭산물은 1×TBE buffer를 사용하여 2% agarose gel에서 2시간 30분 전기영동 하였고, ethidium bromide로 정색하여 UV trans-illuminator상에서 증폭산물의 존재 유무를 판정하였다.
설악산 눈잣나무 천연집단은 국내 유일하게 분포하는 남방한계 분포지 수종으로 유전자원보존을 위하여 침엽의 형태적･해부학적 특성과 I-SSR 표지자를 이용한 유전변이를 조사하였다. 8가지 침엽특성에 대한 ANOVA 분석결과 모든 특성에서 개체 간에 통계적인 유의성이 인정되었다.
채취된 눈잣나무 침엽은 유전변이 분석을 위해 DNeasy Plant Mini Kit(Qiagen)를 이용하여 DNA를 분리 ND-1000 Spectrophotometer(Nano-Drop Technologies, Wilmington, DE, USA)를 이용하여 정량하였다. I-SSR Polymerase chain reaction(PCR)은 주형 DNA 6 ng, 10×buffer, 1 mM dNTP, 0.
침엽조사는 개체목별로 전년도에 형성된 역지의 1년생 주지의 중간부위에서 4속씩(bundle, 1속 5엽) 임의로 채취하여 각 속별 5개의 침엽 전체 66개체 1,320개 침엽을 대상으로 조사하였다. 침엽의 형태적 특성은 침엽의 길이, 폭, 지수(길이/폭) 및 두께를, 해부학적 특성은 현미경 120배율 하에서 침엽의 중앙부위의 기공열수에 대한 최소, 최대 및 전체수를 각각 조사하였다. 또한 수지구의 수와 Isii (1938)의 방법에 의한 수지구 유형을 각각 조사하였다.
대상 데이터
PCR system 9700). I-SSR primer는 UBC primer Set #9(University of British Columbia, Canada) 46개를 사용하였으며, 이 가운데 재현성이 우수하고 다형성을 보이는 9개의 primer를 사용하였다(Table 1). PCR 증폭산물은 1×TBE buffer를 사용하여 2% agarose gel에서 2시간 30분 전기영동 하였고, ethidium bromide로 정색하여 UV trans-illuminator상에서 증폭산물의 존재 유무를 판정하였다.
공시재료는 설악산 대청봉과 중청대피소 해발고 약 1,684 m의 능선지역 남서사면에 분포하는 눈잣나무 천연집단을 대상으로 하였으며, 2011년 5월 침엽특성 조사와 유전변이 분석을 위한 시료를 채취하였다.
침엽조사는 개체목별로 전년도에 형성된 역지의 1년생 주지의 중간부위에서 4속씩(bundle, 1속 5엽) 임의로 채취하여 각 속별 5개의 침엽 전체 66개체 1,320개 침엽을 대상으로 조사하였다. 침엽의 형태적 특성은 침엽의 길이, 폭, 지수(길이/폭) 및 두께를, 해부학적 특성은 현미경 120배율 하에서 침엽의 중앙부위의 기공열수에 대한 최소, 최대 및 전체수를 각각 조사하였다.
데이터처리
자료분석은 I-SSR PCR에 의해 생성된 다형성 증폭산물을 바탕으로 POPGENE ver. 3.2 program(Yeh et al., 1997)을 이용하여 유효대립유전자의 수(Kimura and Cow, 1964), 다형적 유전좌의 비율, Shannon의 다양성지수 (Lewontin, 1972) 등 유전적 다양성을 구하였다.
이론/모형
침엽의 형태적 특성은 침엽의 길이, 폭, 지수(길이/폭) 및 두께를, 해부학적 특성은 현미경 120배율 하에서 침엽의 중앙부위의 기공열수에 대한 최소, 최대 및 전체수를 각각 조사하였다. 또한 수지구의 수와 Isii (1938)의 방법에 의한 수지구 유형을 각각 조사하였다.
성능/효과
08%의 비율을 나타냈다. 2개의 수지구를 가지는 8번 유형은 65개체로 빈도 98.5%를 보였으며, 전체 침엽 중 917개 침엽으로 69.47%를 나타냈다. 또한 1개의 수지구를 가지는 9번 유형은 57개체로 빈도 86.
설악산 눈잣나무 천연집단은 국내 유일하게 분포하는 남방한계 분포지 수종으로 유전자원보존을 위하여 침엽의 형태적･해부학적 특성과 I-SSR 표지자를 이용한 유전변이를 조사하였다. 8가지 침엽특성에 대한 ANOVA 분석결과 모든 특성에서 개체 간에 통계적인 유의성이 인정되었다. 조사된 66개체의 평균특성은 침엽길이 53.
눈잣나무 유전변이 분석에 사용된 9개의 I-SSR primer (#811, 812, 820, 840, 841, 842, 847, 850, 851)에서 총 78개의 증폭산물이 관찰되었으며, 다형적 증폭산물은 48개를 얻을 수 있었다(Fig. 2). 증폭된 다형적 유전자좌를 토대로 계산된 유전변이량은 유효대립유전자의 수(Ae)가 1.
47%를 나타냈다. 또한 1개의 수지구를 가지는 9번 유형은 57개체로 빈도 86.4%를 보였으며 전체 침엽 중 402개 침엽으로 30.45%를 나타냈다.
71개로 나타났다. 변이계수 값은 19～29% 범위로 침엽의 형태적 특성에 비해 비교적 높은 값을 나타냈다. 특히, 침엽의 해부학적 특성에 대한 ANOVA 분석결과 개체간에는 모든 형질들에서 통계적인 유의성이 인정되었으나 개체내 속(bundle)간에는 최소와 전체 기공열수에서만 통계적으로 유의적인 차이가 인정되었다(Table 4).
45%를 나타냈다. 선발된 9개 I-SSR Primer에서 총 78개의 증폭산물을 얻었으며, 다형적 유전자좌의 비율은 61.5%, 유효대립유전자의 수 1.698개, 이형접합도의 기대치 0.388 및 Shannon의 다양성지수 0.567로 각각 나타났다.
1). 조사된 66개체 중 3개의 수지구를 가지는 1번 유형은 1개체로 빈도 1.52%를 보였으며, 전체 1,320개 침엽 중 1개 침엽으로 0.08%의 비율을 나타냈다. 2개의 수지구를 가지는 8번 유형은 65개체로 빈도 98.
8가지 침엽특성에 대한 ANOVA 분석결과 모든 특성에서 개체 간에 통계적인 유의성이 인정되었다. 조사된 66개체의 평균특성은 침엽길이 53.59 mm, 침엽폭 0.78 mm, 침엽지수 68.98 및 침엽두께 0.65 mm, 최대기공열수 4.56개, 최소기공열수 3.80개, 전체기공열수 8.36개 및 수지구수 1.71개로 각각 나타났다. 특히, 수지구는 모두 바깥쪽에 위치하는 외위 형태의 1～3개 범위로 수지구 2개 유형이 69.
설악산 눈잣나무 집단에 대한 침엽의 해부학적 특성은 Table 3에 나타냈다. 침엽의 기공열수는 곡선면을 제외한다른 두면에서만 조사되었으며, 평균특성을 살펴보면 최대기공열수는 4.56개, 최소기공열수는 3.80개, 전체기공열수는 8.36개, 수지구수는 1.71개로 나타났다. 변이계수 값은 19～29% 범위로 침엽의 형태적 특성에 비해 비교적 높은 값을 나타냈다.
설악산 눈잣나무 집단에 대한 침엽의 형태적 특성은 Table 1에 나타냈다. 침엽의 평균특성을 살펴보면 침엽길이 53.59 mm, 침엽폭 0.78 mm, 침엽지수 68.98 및 침엽두께 0.65 mm로 나타났으며, 변이계수 값은 11～19% 범위의 비교적 낮은 경향을 나타냈다. 특히, 침엽의 형태적 특성에 대한 모든 형질들은 개체간 및 개체내 속(bundle) 간에 모두 통계적으로 유의적인 차이가 인정되었다(Table 2).
변이계수 값은 19～29% 범위로 침엽의 형태적 특성에 비해 비교적 높은 값을 나타냈다. 특히, 침엽의 해부학적 특성에 대한 ANOVA 분석결과 개체간에는 모든 형질들에서 통계적인 유의성이 인정되었으나 개체내 속(bundle)간에는 최소와 전체 기공열수에서만 통계적으로 유의적인 차이가 인정되었다(Table 4). 또한 침엽의 연령에 따른 기공열수의 차이는 전년(1년)지와 2년지에서는 유의적인 차이가 없었으나 이들과 3년지 간에는 통계적으로 유의적인 차이가 인정되었으며 3년지의 기공열수가 1～2개 정도 작은 특성을 나타냈다(데이터 미제시).
65 mm로 나타났으며, 변이계수 값은 11～19% 범위의 비교적 낮은 경향을 나타냈다. 특히, 침엽의 형태적 특성에 대한 모든 형질들은 개체간 및 개체내 속(bundle) 간에 모두 통계적으로 유의적인 차이가 인정되었다(Table 2).
후속연구
Isii(1938)와 Watano et al.(1995)에 의하면 눈잣나무 수지구 유형은 8번과 9번에 해당되며, 1번은 섬잣나무나 교잡종에서 나타나는 유형으로 본 연구에서는 1개체의 침엽 1개에서만 나타나, 이는 눈잣나무 교잡육종 연구에 학술적인 자료로 이용될 수 있을 것으로 보인다. Ahn(1971)에 의하면 잣나무 수지수는 내위 형태로 3개이며, 울릉도 섬 잣나무 수지구는 외위이나 조사목 중 50～70%가 수지구가 전혀 없었으며, 침엽당 0.
설악산 눈잣나무 집단은 유전다양성이 비교적 높은 수종으로 분석되었으나 국내에서는 제한적으로 소규모로 분포하고 있고 산림식생대의 변화로 쇠퇴현상을 보이고 있어 유전적 부동의 영향을 받을 가능성이 매우 크므로 소실 위험 및 자원전쟁 등에 대비한 유전자원보존을 위한 육종전략이 체계적으로 마련되어져야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
눈잣나무는 분류학적으로 어디에 속하는가?
눈잣나무(Pinus pumila Regel)는 Pinus 속의 Cembrae subsection에 속하며 한국, 일본, 만주의 고산지대를 포함한 시베리아 동부 및 극동지역의 북쪽에 주로 분포하는 수종이다(IUCN, 2011). 우리나라 눈잣나무는 유라시아대륙 분포의 남한계선으로 플라이스토세 빙하기에 한반도로 유입되었으며 기온변화에 따른 식물의 이동 노선을 보여주는 지표식물로 높은 학술적 가치를 인정받고 있다(Kong, 2006).
눈잣나무의 형태와 번식의 관한 특징은 무엇인가?
우리나라 눈잣나무는 유라시아대륙 분포의 남한계선으로 플라이스토세 빙하기에 한반도로 유입되었으며 기온변화에 따른 식물의 이동 노선을 보여주는 지표식물로 높은 학술적 가치를 인정받고 있다(Kong, 2006). 지표면에 퍼지는 누운 형태(creeping shape)로 자라며 종자에 날개가 없으며 열개되지 않는 구과형질을 가지고 있어 다른 잣나무류와 분류되고 있으며, 종자에 의한 유성번식과 취목(layering)에 의한 무성번식을 겸하고 있는 수종으로 알려져 있다(Lee, 1990, 2006; Watano et al., 1995).
눈잣나무는 주로 어디에 분포하고 있는가?
눈잣나무(Pinus pumila Regel)는 Pinus 속의 Cembrae subsection에 속하며 한국, 일본, 만주의 고산지대를 포함한 시베리아 동부 및 극동지역의 북쪽에 주로 분포하는 수종이다(IUCN, 2011). 우리나라 눈잣나무는 유라시아대륙 분포의 남한계선으로 플라이스토세 빙하기에 한반도로 유입되었으며 기온변화에 따른 식물의 이동 노선을 보여주는 지표식물로 높은 학술적 가치를 인정받고 있다(Kong, 2006).
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