[논문]엽록체 DNA 염기서열에 근거한 물여뀌 종집단(마디풀과)의 분류학적 연구

박진희; 박종욱

doi:10.11110/kjpt.2013.43.1.34

엽록체 DNA 염기서열에 근거한 물여뀌 종집단(마디풀과)의 분류학적 연구
A systematic study of the Polygonum amphibium L. complex (Polygonaceae) based on chloroplast DNA sequences 원문보기

식물분류학회지 = Korean journal of plant taxonomy, v.43 no.1, 2013년, pp.34 - 45

(서울대학교 생명과학부) , (서울대학교 생명과학부) , 박진희 (서원대학교 생물교육과) , 박종욱 (서울대학교 생명과학부)

초록
AI-Helper

마디풀과의 물여뀌 종집단(Polygonum amphibium L. complex)은 육상 및 수중 환경 모두에 서식할 수 있는 분류군으로, 서식 환경에 따라 다양한 형태 변이를 나타내어 현재까지 많은 분류군들이 기재되어 왔다. 아시아 및 북미산 107개체로부터 측정한 11개 형태형질을 사용하여 주성분분석을 수행한 결과, 본 종집단에서 존재하는 수생형 및 육생형 개체들은 모든 지역집단에서 잎의 형태 및 크기, 엽병의 길이 등에 의해 서로 구분되는 것으로 나타났다. 그러나, 동일 개체군 또는 동일 지역내에서 채집된 수생형과 육생형 개체들은 엽록체 DNA 4개 구간(matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS, trnL-trnF)에서 완전히 동일한 염기서열을 공유하는 것으로 밝혀져 유전적으로는 분기되지 않은 것으로 추정되며, 따라서 본 종집단에서 나타나는 생육형간의 형태적 차이는 서식지 환경에 따른 개체 변이인 것으로 판단된다. 형태분석 및 엽록체 4구간 염기서열 유합자료의 계통분석 결과, 한국, 일본, 중국, 몽골, 극동 러시아 지역 등에 분포하는 아시아산 개체들은 북미지역집단 개체들 및 유럽의 영국산 개체와 형태적, 유전적으로 뚜렷이 구분되는 것으로 밝혀졌으며, 따라서 한반도산 개체들을 포함하는 아시아 지역집단 개체들은 P. amphibium의 하나의 변종(P. amphibium var. amurense Korsh.)으로 인식하는 것이 타당한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Polygonum amphibium complex (Poygonaceae) is a highly polymorphic taxon that can grow in aquatic environments as well as in moist terrestrial habitats. Aquatic and terrestrial plants of the P. amphibium complex vary significantly in morphology and exhibit very complicated patterns of morphological variation, resulting in the description of numerous infra-specific taxa. Principal components analysis of 107 individuals of the P. amphibium complex from Asia and North America using 11 morphological characters showed that the aquatic plants can be discerned from the terrestrial plants by leaf size, shape, and petiole length. In contrast, both aquatic and terrestrial plants collected from the same population or locality shared identical sequences in the matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS and trnL-trnF regions of the chloroplast DNA (cpDNA), suggesting that aquatic and terrestrial forms of the P. amphibium complex are not genetically diverged; morphological differences between the two forms are probably due to the differences in environmental conditions of the habitats. In addition, results from the morphological analysis and the maximum parsimony analysis of the cpDNA data set revealed that the plants from Asia including Korea, Japan, China, Mongolia and Russia Far East are diverged from those in North America and Europe, suggesting that the Asian populations should be recognized as a distinct variety, P. amphibium var. amurense Korsh.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 한반도를 포함한 아시아, 북미, 유럽 등 다양한 지역에 분포하는 물여뀌 종집단 개체군을 대상으로 엽록체 DNA(cpDNA) matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS 및 trnL-trnF 구간의 염기서열 분석을 수행하여, 본 종집단에서 나타나는 육생형과 수생형 간의 유전적 변이 양상을 파악하고, 지역집단 간의 형태적, 유전적 분기 정도를 밝히며, 이를 근거로 한반도에 분포하는 본 종집단 개체들의 분류학적 실체를 파악하고자 하였다.
본 연구에서는 물여뀌 종집단에서 나타나는 형태 변이 양상을 정확히 파악하기 위해 아시아와 북미에서 채집된 수생형과 육생형 107개체를 대상으로 상기 외부형태 분석에서 얻어진 11개 형질(Table 3) 값을 사용하여 주성분 분석을 수행하였다.
한편, 본 연구에서는 수생형 16개체군 24개체 및 육생형 18개체군 31개체를 포함하는 물여뀌 종집단 개체들을 대상으로, 염기변이 속도가 비교적 빠른 것으로 알려져 있는 cpDNA 4개 구간의 염기서열을 비교 분석하여 수생형과 육생형간의 유전적 분기 여부을 파악하고자 하였다. 그 결과, 동일 개체군 또는 동일 지역내에서 채집된 수생 형과 육생형 개체들은 분석된 cpDNA 4개 구간에서 완전히 동일한 염기서열을 공유하는 것으로 밝혀졌다(Table 7, Fig.

제안 방법

DNA 분석은 상기 기간 중 전국 각지에서 채집한 12개체군 33개체(수생형 18개체, 육생형 15개체), 일본산 2개체군 3개체(수생형 2개체, 육생형 1개체), 중국산 1개체(수생형), 몽골산 1개체군 2개체(수생형 1개체, 육생형 1개체), 러시아산 1개체군 2개체(수생형 1개체, 육생형 1개체), 북미산 8개체군 13개체(수생형 1개체, 육생형 12개체)와 영국 Kew 식물원(K)을 통해 확보한 영국산 1개체(육생형)의 DNA 시료 등 총 26개체군 55개체(수생형 총 24개체, 육생형 총 31개체)의 물여뀌 종집단 개체를 대상으로 수행하였으며(Table 2), cpDNA matK 유전자 일부 구간, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS 및 trnL-trnF 구간 등 총 4개 구간의 염기서열을 분석하였다.
DNA 염기서열 결정: 본 연구에서는 상기한 물여뀌 종집단 26개체군 55개체 및 외군 2개체군 2개체(Table 2)를 대상으로 cpDNA 4개 구간(matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS 및 trnL-trnF)의 염기서열을 결정하였다. DNA 추출을 위한 재료로는 야외에서 채집하여 silica-gel로 급속 건조시킨 잎 또는 −70℃에 냉동, 보관한 잎을 사용하였다.
PCR 반응은 0.6 mL microcentrifuge tube에 정제된 template DNA 10-50 ng, 10X PCR buffer (100 mM Tris-HCl, 15 mM MgCl2, 500 mM KCl, pH 8.3) 5 µL, 2 mM dNTP 5 µL, 10 µM forward primer 1 µL, 10 µM reverse primer 1 µL, Taq DNA polymerase (Super-Therm DNA polymerase, Germany) 1 unit를 첨가한 다음 증류수로 총 부피를 50 µL로 맞추어 수행하였으며, PE 2400 Thermal Cycler (Applied Biosystems, U.S.A.)를 사용하였다.
cpDNA 4개 구간 염기서열 유합자료로부터 PAUP * program (ver. 4.01b 10; Swofford, 2003)을 사용하여 최대절약계통수(maximum parsimony tree)를 산출하였으며, ‘heuristic search’, ‘TBR’ branch swapping, ‘SIMPLE’ addition, ‘hold = 10’, ‘steepest descent’, ‘collapse of zero branch lengths’, ‘MULPARS’, ‘equal weighting of all characters’ 및 ‘ACCTRAN’ option을 적용하였다.
DNA의 추출은 DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)을 사용하였으며, 모든 처리과정은 공급자의 manual (DNeasy Plant Handbook, 2012; QIAGEN, Germany)을 따라 수행하였다. 상기 방법으로 추출한 DNA를 주형으로 double strand PCR (Polymerase Chain Reaction)을 이용하여 cpDNA 4개 구간(matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS 및 trnL-trnF)을 증폭시켰으며, 각 cpDNA 구간의 증폭에 사용된 PCR primer와 PCR 조건은 Table 4에 제시하였다. PCR 반응은 0.
염기서열 정렬 및 자료분석: 상기한 cpDNA 4개 구간의 sequencing 결과로부터 Sequencher program (ver. 4.10.1; Gene Codes Corporation, U.S.A.)을 사용하여 각 염기서열을 결정하였으며, 각 구간의 염기서열은 Clustal X program (Thompson et al., 1997)을 이용하여 정렬 한 후, 육안으로 최종 조절하였다.
, 1997)을 이용하여 정렬 한 후, 육안으로 최종 조절하였다. 정렬된 cpDNA 4개 구간의 염기서열 자료를 각각 독립적으로 일차 계통 분석한 결과, 각 구간의 가변영역의 수(number of variable sites)가 적어 충분한 해상도를 얻지 못하였으며, 따라서 이들 자료를 하나로 유합하여 분석하였다. cpDNA 4개 구간 염기서열 유합자료로부터 PAUP * program (ver.
)를 사용하였다. 증폭된 각 구간의 DNA는 exonuclease I 5 units과 shrimp alkaline phosphatase 2 units을 첨가하여 정제한 후 (Werle et al., 1994), BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems, U.S.A.)을 사용하여 cyclic sequencing 반응을 수행하였으며, primer는 PCR에 사용한 primer를 그대로 사용하였다(Table 4). Sequencing 반응을 위한 모든 처리과정은 공급자의 manual (BigDye Terminator v3.
01b 10; Swofford, 2003)을 사용하여 최대절약계통수(maximum parsimony tree)를 산출하였으며, ‘heuristic search’, ‘TBR’ branch swapping, ‘SIMPLE’ addition, ‘hold = 10’, ‘steepest descent’, ‘collapse of zero branch lengths’, ‘MULPARS’, ‘equal weighting of all characters’ 및 ‘ACCTRAN’ option을 적용하였다. 한편, matK구간의 37-45번째 염기 사이에 존재하는 9 bp 길이의 indel 및 637-660번째 염기 사이에 존재하는 24 bp 길이의 indel, 그리고 trnL-trnF 구간의 163-167번째 염기 사이에 존재하는 5 bp 길이의 indel은 simple gap coding 방법 (Simmons and Ochoterena, 2000)으로 coding하여 분석하였고, 이외의 indel은 모두 결여형질상태(missing character state)로 처리하였다. Bootstrap 분석(Felsenstein, 1985)은 상기 계통분석에서 사용한 조건을 그대로 적용하여 heuristic search를 1,000번 반복하여 수행하였다.
형태 분석: 물여뀌 종집단의 주요 형태형질의 관찰은 연구기간 중 채집한 개체들과 상기한 표본관에 소장되어 있는 표본을 사용하여 수행하였으며, 이들로부터 잎의 크기 및 형태, 엽선 및 엽저의 형태, 엽병의 길이, 탁엽의 형태 및 크기, 화서의 크기, 꽃 색 등 주요 형태형질을 일차적으로 관찰하였다. 한편, 잎의 크기 및 형태, 엽병의 길이 등은 물여뀌 종집단의 지역별 개체군간, 생육형간에 변이가 나타나는 중요한 형질로 인식되어 왔으므로, 본 연구에서는 지역별, 생육형별로 본 종집단의 형태 변이 폭을 잘 반영할 수 있도록 선정한 아시아산 수생형 38점(한국산 26점, 중국산 4점, 일본산 3점, 몽골산 2점, 러시아 3점) 및 육생형 38점(한국산 23점, 중국산 4점, 일본산 2점, 몽골산 4점, 러시아 5점)과 북미산 수생형 6점 및 육생형 25점 등 총 107점의 표본을 대상으로 잎의 크기 및 형태에 관한 11개의 형질(Table 3)을 측정하여 주성분분석(principal components analysis)을 수행하였다. 주성분분석은 PC용 SAS program (SAS Institute, 2011; Release 9.
형태 분석: 물여뀌 종집단의 주요 형태형질의 관찰은 연구기간 중 채집한 개체들과 상기한 표본관에 소장되어 있는 표본을 사용하여 수행하였으며, 이들로부터 잎의 크기 및 형태, 엽선 및 엽저의 형태, 엽병의 길이, 탁엽의 형태 및 크기, 화서의 크기, 꽃 색 등 주요 형태형질을 일차적으로 관찰하였다. 한편, 잎의 크기 및 형태, 엽병의 길이 등은 물여뀌 종집단의 지역별 개체군간, 생육형간에 변이가 나타나는 중요한 형질로 인식되어 왔으므로, 본 연구에서는 지역별, 생육형별로 본 종집단의 형태 변이 폭을 잘 반영할 수 있도록 선정한 아시아산 수생형 38점(한국산 26점, 중국산 4점, 일본산 3점, 몽골산 2점, 러시아 3점) 및 육생형 38점(한국산 23점, 중국산 4점, 일본산 2점, 몽골산 4점, 러시아 5점)과 북미산 수생형 6점 및 육생형 25점 등 총 107점의 표본을 대상으로 잎의 크기 및 형태에 관한 11개의 형질(Table 3)을 측정하여 주성분분석(principal components analysis)을 수행하였다.

대상 데이터

DNA 추출을 위한 재료로는 야외에서 채집하여 silica-gel로 급속 건조시킨 잎 또는 −70℃에 냉동, 보관한 잎을 사용하였다.
4. Ordination of 107 individuals of the Polygonum amphibium complex along PC1 and PC2 from the principal components analysis using 11 morphological characters (cf. Table 3). Some individuals are hidden due to the same values.
5). 동일 장소의 수심이 다른 곳에서 채집된 수생형과 육생형 개체들인 일본산 2개체(JAP02, 03)는 haplotype H2, 몽골산 2개체(MON01, 02)는 H3, 그리고 한국산 개체들(KOR02-05, KOR06-09, KOR16-18, KOR19-24, KOR30, 31) 및 러시아산 2개체(RUS01, 02)는 haplotype H1을 각각 공유하였다(Table 7, Fig. 5). 이러한 결과로 볼 때 본 종집단 에서 나타나는 생육형간의 다양한 형태 변이는 서식지 환경에 따른 개체 변이인 것으로 판단되며, 따라서 각 지역 에서 생육형간의 형태 변이에 근거하여 설정된 다양한 분류군들(Table 1)에 대한 재검토가 필요한 것으로 사료된다.
재료: 본 연구에서는 1998년부터 2011년 사이에 전국 각지 및 러시아(우수리), 일본, 몽골, 미국 등지에서 채집한 개체들(Table 2)과 서울대학교 생명과학부 식물표본관(SNU)에 소장되어 있는 표본, 그리고 아주대학교 표본관(AJU), 난대ㆍ아열대산림연구소 표본관(WTFRC), 중국과 학원 북경식물연구소 표본관(PE)으로부터 대여받은 표본 등을 재료로 사용하였다. 본 연구 기간 중에 채집된 개체는 석엽표본으로 제작하여 서울대학교 생명과학부 식물표본관(SNU)에 확증표본으로 소장하였다.
재료: 본 연구에서는 1998년부터 2011년 사이에 전국 각지 및 러시아(우수리), 일본, 몽골, 미국 등지에서 채집한 개체들(Table 2)과 서울대학교 생명과학부 식물표본관(SNU)에 소장되어 있는 표본, 그리고 아주대학교 표본관(AJU), 난대ㆍ아열대산림연구소 표본관(WTFRC), 중국과 학원 북경식물연구소 표본관(PE)으로부터 대여받은 표본 등을 재료로 사용하였다. 본 연구 기간 중에 채집된 개체는 석엽표본으로 제작하여 서울대학교 생명과학부 식물표본관(SNU)에 확증표본으로 소장하였다.

데이터처리

한편, 잎의 크기 및 형태, 엽병의 길이 등은 물여뀌 종집단의 지역별 개체군간, 생육형간에 변이가 나타나는 중요한 형질로 인식되어 왔으므로, 본 연구에서는 지역별, 생육형별로 본 종집단의 형태 변이 폭을 잘 반영할 수 있도록 선정한 아시아산 수생형 38점(한국산 26점, 중국산 4점, 일본산 3점, 몽골산 2점, 러시아 3점) 및 육생형 38점(한국산 23점, 중국산 4점, 일본산 2점, 몽골산 4점, 러시아 5점)과 북미산 수생형 6점 및 육생형 25점 등 총 107점의 표본을 대상으로 잎의 크기 및 형태에 관한 11개의 형질(Table 3)을 측정하여 주성분분석(principal components analysis)을 수행하였다. 주성분분석은 PC용 SAS program (SAS Institute, 2011; Release 9.3)을 사용하였고, 자료행렬로부터 correlation coefficient를 계산하여 분석을 수행하였다.

이론/모형

DNA 추출을 위한 재료로는 야외에서 채집하여 silica-gel로 급속 건조시킨 잎 또는 −70℃에 냉동, 보관한 잎을 사용하였다. DNA의 추출은 DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN, Germany)을 사용하였으며, 모든 처리과정은 공급자의 manual (DNeasy Plant Handbook, 2012; QIAGEN, Germany)을 따라 수행하였다. 상기 방법으로 추출한 DNA를 주형으로 double strand PCR (Polymerase Chain Reaction)을 이용하여 cpDNA 4개 구간(matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS 및 trnL-trnF)을 증폭시켰으며, 각 cpDNA 구간의 증폭에 사용된 PCR primer와 PCR 조건은 Table 4에 제시하였다.
)을 사용하여 cyclic sequencing 반응을 수행하였으며, primer는 PCR에 사용한 primer를 그대로 사용하였다(Table 4). Sequencing 반응을 위한 모든 처리과정은 공급자의 manual (BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit Protocol, 2010; Applied Biosystems, U.S.A.)을 따라 수행하였으며, 그 결과 얻어진 산물은 ethanol/sodium acetate 침전방법을 이용하여 정제한 후, ABI PRISM 3730 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, U.S.A.)를 이용하여 분석하였다.
cpDNA 4개 구간 유합자료의 염기변이(nucleotide divergence)는 PAUP * program 의 ‘distance matrix’ option을 이용하여 산출하였으며, transition:transversion 비율을 2:1로 가정하여 two-parameter method (Kimura, 1980)로 계산하였다.

성능/효과

25-0.29%의 염기변이를 나타내며, 형태적으로는 2) 꽃이 백색이고, 3) 육생형의 경우 선단부가 확장되지 않는 원통형의 탁엽을 가지며, 4) 수생형의 경우에는 엽저가 심장저인 특징에 의해 뚜렷이 구분된다. 한편, subclade H5에 속하는 북미산 개체들은 모두 육생형으로, 줄기가 굵게 발달하며, 직립하고, 넓은 피침형 내지 좁은 타원형의 잎 그리고 선단부가 확장되지 않는 원통형의 탁엽을 가지며, Michaux (1803)는 이러한 형태적 특징을 갖는 북미산 개체들을 P.
stipulaceum으로 인식한 바 있다. Subclade H4와 또다른 북미산 subclade H5 사이의 cpDNA 4개 구간 염기변이는 0.33%로 비교적 높은 것으로 확인되었으며, 또한 영국산 개체와도 0.18%의 염기변이를 나타내었다. 이러한 결과는 이들 개체를 P.
Mitchell and Dean (1978)은 본 분류군이 북미산 물여뀌 종집단 중 가장 육상환경에 잘 적응된 분류군으로 인식하였으며, 물속 줄기 및 부유엽이 발달하지 않는 것으로 보고하였다. Subclade H5는 cpDNA 4개 구간에서 아시아산 개체 clade와 0.36-0.40%, 영국산 개체(육생형)와 0.29%의 염기변이를 나타내어 유전적 ㄹ으로 어느정도 분기된 것으로 판단되며, 이러한 결과는 이들 개체를 P. amphibium의 하나의 변종으로 인식한 Michaux (1803)의 분류학적 견해를 지지하였다.
amphibium var. amurense가 길고 두꺼운 잎, 깊은 심장저 내지 약한 이저인 엽저를 갖는 특징에 있어 유럽 및 미국에 분포하는 P. amphibium과뚜렷이 구분된다고 판단하여, 본 분류군을 독립된 종[Persicaria amurensis (Korsh.) Nieuwl.]으로 인식하였다 (Table 1). 그러나 본 분류군은 학자에 따라 Nieuwland(1912)의 견해대로 독립된 종으로 보거나(Voroshilov, 1966), Polygonum amphibium 또는 Persicaria amphibia (L.
cpDNA matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS 및 trnL-trnF구간의 염기서열을 함께 고려할 때, 물여뀌 종집단 내에는 6가지의 cpDNA haplotype (H1-H6)이 존재하는 것으로밝혀졌다(Table 7). Haplotype H1-H3 는 본 종집단의 아시아산 개체들에서 나타나며, H1은 일본산 2개체와 몽골산 개체를 제외한 나머지 아시아산 개체들, H2는 일본산 2개체, 그리고 H3은 몽골산 2개체에서 나타나고, 이들 세 haplotype은 trnL-trnF 구간에서 일어난 1 bp의 염기치환으로 각각 구분된다(Table 7).
cpDNA 유합자료 엄밀합의계통수 상에서 한국, 일본, 중국, 몽골 및 극동 러시아 지역에 분포하는 아시아산 개체들은 높은 bootstrap 값(BS = 90)에 의해 지지되는 단일 계통군을 형성하면서 북미 개체들 및 유럽의 영국산 개체와 뚜렷이 구분되었다(Fig. 5C). 아시아산 개체들은 몽골산 2개체 및 일본산 2개체를 제외하고는 cpDNA 4개 구간에서 모두 동일한 염기서열을 공유하였으며, 몽골산 2개체 및 일본산 2개체도 trnL-trnF 구간에서 각각 1 bp의 염기 치환이 존재할 뿐 나머지 구간에서는 다른 아시아산 개체 들과 동일한 염기서열을 갖는 것으로 나타나, 아시아산 개체들은 분석된 구간에서 거의 유전적 변이가 없는 것으로 밝혀졌다(Table 7).
한편, 본 연구에서는 수생형 16개체군 24개체 및 육생형 18개체군 31개체를 포함하는 물여뀌 종집단 개체들을 대상으로, 염기변이 속도가 비교적 빠른 것으로 알려져 있는 cpDNA 4개 구간의 염기서열을 비교 분석하여 수생형과 육생형간의 유전적 분기 여부을 파악하고자 하였다. 그 결과, 동일 개체군 또는 동일 지역내에서 채집된 수생 형과 육생형 개체들은 분석된 cpDNA 4개 구간에서 완전히 동일한 염기서열을 공유하는 것으로 밝혀졌다(Table 7, Fig. 5). 동일 장소의 수심이 다른 곳에서 채집된 수생형과 육생형 개체들인 일본산 2개체(JAP02, 03)는 haplotype H2, 몽골산 2개체(MON01, 02)는 H3, 그리고 한국산 개체들(KOR02-05, KOR06-09, KOR16-18, KOR19-24, KOR30, 31) 및 러시아산 2개체(RUS01, 02)는 haplotype H1을 각각 공유하였다(Table 7, Fig.
그 결과, 처음 3개의 주성분(PC 1, 2, 3)이 전체 분산의 87.1%를 설명하는 것으로 나타났으며, 나머지 주성분들은 그 기여율이 각각 5.4% 이하였다(Table 5). 주성분 1(PC1)은 전체 분산의 54.
정렬된 cpDNA 4개 구간 유합자료에서 가변영역의 수(number of variable characters)는 18개였으며, 이 중 informative character의 수는 16개이었다(Table 6). 또한, 물여뀌 종집단의 개체간 염기변이율은 0-0.4%, 물여뀌 종집단과 외군간의 염기변이율은 2.7-3.2% 이었으며, 동일 개체군 또는 동일 지역 내(북미, 아시아)에서 채집된 물여뀌 종집단의 수생형과 육생형 개체들은 동일한 염기서열을 갖는 것으로 밝혀 졌다.
본 연구에서 얻어진 결과를 종합해 볼 때, 한국, 일본, 중국, 몽골 및 극동 러시아 지역을 포함하는 아시아에 분포하는 물여뀌 종집단 개체들은 북미 지역집단 개체들과 형태적 그리고 유전적으로 뚜렷이 구분되는 것으로 판단된다. 한편 본 연구의 경우, 유럽산 물여뀌 종집단 개체군 재료가 충분히 확보되지 않아 이들과 아시아산 지역집단 간의 유전적 변이 양상을 상세하게 분석하지는 못하였으나, 본 연구에서 분석한 영국산 1개체는 아시아산 개체들과 달리 haplotype H6를 가지면서, cpDNA 4개 구간에서 0.
본 연구에서 얻어진 물여뀌 종집단 55개체 및 외군인 P. hydropiper 및 P. lapathifolium 2개체의 cpDNA matK, psbA-trnH IGS, rbcL-accD IGS 및 trnL-trnF 구간의 염기서열을 유합한 결과, 이들 염기서열은 총 2984 bp로 정렬되었다(Table 6).
상기 cpDNA 염기서열 유합자료를 PAUP *program을 사용하여 계통분석한 결과, 108 step의 branch length를 갖는 2개의 최대절약계통수(MP tree)를 얻었으며, uninformative site를 제외한 CI 값은 0.972, RI 값은 0.986이었다(Fig. 5A, B). 이들 두 최대절약계통수는 근본적으로 유사한 topology를 가지며, 유럽의 영국산 개체(ENG01)의 위치에 있어서만 차이를 나타내었다.
생육형에 따른 변이: 물여뀌 종집단의 잎의 크기와 형태에 관한 11개 형질을 선정, 측정하여 주성분분석을 수행한 결과, 본 종집단 아시아 및 북미 개체군 모두에서 잎의 크기 및 형태, 엽병의 길이 등에 의해 수생형과 육생형이 뚜렷이 구분되는 것으로 나타났다(Fig. 4). 수생형은 엽신의 길이가 육생형 개체들 보다 상대적으로 짧으며, 엽신의 상부가 완만하게 줄어들고, 엽병의 길이가 긴 특징이 있는 반면, 육생형은 엽신 상부가 급격히 줄어들어 엽선이 예두 또는 점첨두로 날카롭고, 엽병이 비교적 짧은 경향이 있다(Figs.
5C). 아시아산 개체들은 몽골산 2개체 및 일본산 2개체를 제외하고는 cpDNA 4개 구간에서 모두 동일한 염기서열을 공유하였으며, 몽골산 2개체 및 일본산 2개체도 trnL-trnF 구간에서 각각 1 bp의 염기 치환이 존재할 뿐 나머지 구간에서는 다른 아시아산 개체 들과 동일한 염기서열을 갖는 것으로 나타나, 아시아산 개체들은 분석된 구간에서 거의 유전적 변이가 없는 것으로 밝혀졌다(Table 7). 특히 한국산 본 종집단 12개체군 33 개체의 경우, cpDNA 4개 구간에서 모두 동일한 염기서열을 가지면서, 러시아 및 중국산 개체 그리고 일본산 1개체와 cpDNA haplotype H1을 공유하였으며(Table 7), 형태적 으로도 이들 개체와 동일하였다.
3). 엽신의 폭(형질 2, 4-6)의 경우에도 육생형 개체들이 수생형 개체들에 비해 상대적으로 큰 폭의 변이를 나타내었으며, 또한 아시아에 분포하는 육생형 개체들은 엽신의 최대폭(형질 2)이 평균 1.4 cm로서, 최대폭이 평균 4.2 cm인 북미 육생형 개체들에 비해 좁은 경향이 있는 것으로 밝혀졌다(Fig. 3). 엽신의 길이에 대한 폭의 비율(형질 7)의 경우, 아시아 육생형 개체들은 0.
5). 이들 두 subclade는 각각 높은 bootstrap값(BP = 96, 100)에 의해 지지되었으나, 두 subclade간의 유연관계는 비교적 약하게 지지되었다(BP = 67).
또한 아시아산 개체들은 꽃이 백색이고, 수생형의 경우 엽저가 심장저인 특징에 의해 유럽산 본 종집단 개체들과 형태적으로 구분된다 (Partridge, 2001). 이러한 형태적 특징 및 본 종집단 아시아 지역집단 개체들과 북미산 지역집단 및 유럽산 개체간의 유전적 분기 정도를 고려할 때, 아시아 지역집단 개체들은 Korshinsky (1892)의 견해를 따라 P. amphibium의 변종 (P. amphibium var. amurense)으로 인식하는 것이 타당한 것 으로 판단된다.
이중 주성분분석에서 기여율이 가장 높은 주성분 1과 2를 축으로 하여 각 개체들을 배열한 결과, 본 종집단의 아시아 및 북미산 수생형 개체들은 주성분 2에 있어 비교적 높은 값을 가지면서 육생형 개체들과 완전히 분리되었으며(Fig. 4), 이는 수생형 개체들이 육생형 개체들 보다 엽신길이가 상대적으로 짧고, 엽신 상부가 완만하게 줄어들며, 엽병의 길이가 긴 경향이 있음을 의미한다(Table 5). 한편, 아시아 및 북미산 수생형 개체들은 하나의 집단을 형성하였으며, 이들은 집단내에서 서로 구분되지 않는 것으로 나타났다(Fig.
본 연구에서 얻어진 결과를 종합해 볼 때, 한국, 일본, 중국, 몽골 및 극동 러시아 지역을 포함하는 아시아에 분포하는 물여뀌 종집단 개체들은 북미 지역집단 개체들과 형태적 그리고 유전적으로 뚜렷이 구분되는 것으로 판단된다. 한편 본 연구의 경우, 유럽산 물여뀌 종집단 개체군 재료가 충분히 확보되지 않아 이들과 아시아산 지역집단 간의 유전적 변이 양상을 상세하게 분석하지는 못하였으나, 본 연구에서 분석한 영국산 1개체는 아시아산 개체들과 달리 haplotype H6를 가지면서, cpDNA 4개 구간에서 0.15-0.18%의 염기변이를 나타내었다. 또한 아시아산 개체들은 꽃이 백색이고, 수생형의 경우 엽저가 심장저인 특징에 의해 유럽산 본 종집단 개체들과 형태적으로 구분된다 (Partridge, 2001).
1). 한편, 엽병의 길이(형질 11)는 0.8-5.8 cm로 개체간, 지역간, 생육형간 변이 폭이 크며, 수생형이 육생형에 비해 긴 것으로 나타났고, 지역적으로는 북미 개체군들이 아시아 개체군들보다 긴 경향이 있는 것으로 나타났다(Fig. 3).
한편, 한국, 일본, 중국, 몽골 및 극동 러시아 지역에 분포하는 아시아산 육생형 개체들은 북미 동부 New York주에서 채집된 일부 개체들과 함께 비교적 낮은 주성분 1 값을 가지면서, 나머지 북미산 육생형 개체들과 구분되었다(Fig. 4). 주성분 1은 엽신 폭(형질 2, 4-6)과 엽신 길이에 대한 최대폭의 비율(형질 7) 등의 형질과 높은 상관관계를 나타내며(Table 5), 이러한 결과는 상기 개체들이 나머지 북미산 육생형 개체들에 비해 엽신의 폭이 좁고, 전체 형태가 선형 또는 좁은 피침형인 경향이 있는 것을 나타낸다.

후속연구

5). 이러한 결과로 볼 때 본 종집단 에서 나타나는 생육형간의 다양한 형태 변이는 서식지 환경에 따른 개체 변이인 것으로 판단되며, 따라서 각 지역 에서 생육형간의 형태 변이에 근거하여 설정된 다양한 분류군들(Table 1)에 대한 재검토가 필요한 것으로 사료된다.
이러한 물여뀌 종집단에 누적되어 있는 분류학적 문제점을 해결하기 위해서는 형태형질의 한계성을 보완할 수 있는 독립적인 진화 정보를 가진 분자계통학적 형질(DNA 염기서열 자료) 등을 적용하여, 본 종집단 각 분류군 및 생육형의 실체, 분류학적 위치와 유전적 분기 정도를 정확히 밝히는 것이 필요하다. 한편, Kwak(2001) 및 Kim and Donoghue(2008a, b)는 마디풀속 여뀌절에 대한 분자계통학적 연구를 수행하여 물여뀌는 여뀌절의 다른 분류군들과 완전히 분기되어 독립적인 계통적 위치를 갖는 것을 일부 밝힌 바 있으나, 본 종집단에 대한 개체군 수준에서의 상세한 분자계통학적 연구는 아직 이루어진 바 없다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	물여뀌는 분류학상 어디에 속합니까?	물여뀌(Polygonum amphibium L.)는 마디풀속 여뀌절 [Polygonum L. sect.
	물속에서 자라는 물여뀌의 형태적 특징은?	물여뀌는 서식지에 따라 매우 복잡한 양상의 형태 변이를 나타내는 것으로 알려져 있다(Mitchell, 1968, 1971a, b, 1976; Mitchell and Dean, 1978; Partridge, 2001). 식물체의 대부분이 물속에 잠겨서 생육하는 수생형(aquatic form)은 식물체 전체가 거의 무모이고, 잎이 좁은 장타원형 내지 장타원형이며, 엽선은 약한 예두 또는 둔두 내지 원두이고, 엽저는 약한 심장저이며, 엽병이 길게 발달하는 특징을 나타낸다. 반면, 물가의 뭍 또는 양지바른 땅에서 생육하는 육생형(terrestrial form)은 식물체에 털이 많고, 잎이 선형, 피침형 또는 타원형 내지 좁은 난형이며, 엽선은 예두 또는 점첨두이고, 엽저는 예저, 둔저 또는 원저이며, 엽병이 짧은 특징을 갖는다(Standford, 1925a; Mitchell, 1968; Mitchell and Dean 1978; Partridge, 2001).
	물여뀌는 어떤 환경에 서식합니까?	, 2003). 본 종은 주로 늪, 호수, 연못가, 강가,습지 등 습기가 많은 곳에 서식하며, 한반도의 경우 주로 낙동강 수계를 중심으로 하는 경상도 지역의 강가, 배후 습지 또는 저수지와 북한의 일부 지역에 제한적으로 분포 하는 것으로 보고되어 있다(W. T.

참고문헌 (41)

Coleman, N. 1874. Catalogue of Flowering Plants of the Southern Peninsula of Michigan, with a Few of the Cryptogamia. Dygert Bro's & Co., Grand Rapids.
Felsenstein, J. 1985. Confidence limits on phylogeny: An approach using the bootstrap. Evolution 39: 783-791.

상세보기
Forbes, F. B. and W. B. Hemsley. 1891. An enumeration of all the plants known from China proper, Formosa, Hainan, Corea, the Luchu Archipelago, and the Island of Hongkong, together with their distribution and synonymy. Journal of the Linnean Society. Botany 26: 317-396.

상세보기
Gray, A. 1873. Miscellaneous botanical notes and characters. Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences 8: 282-294.
Hara, H. 1952. Contributions to the study of variations in the Japanese plants closely related to those of Europe or North America, Part 1. Journal of the Faculty of Science, University of Tokyo. Section III. Botany 6: 29-96.
Hinds, H. R. and C. C. Freeman. 2005. Persicaria (Linnaeus) Miller. In Flora of North America North of Mexico. Vol. 5. Flora of North America Editorial Committee (ed.), Oxford University Press, New York. Pp. 574-594.
Hulten, O. E. G. 1971. The circumpolar plants. II. Dicotyledons. Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar 13: 1-463.
Kim, S.-T. and M. J. Donoghue. 2008a. Molecular phylogeny of Persicaria (Persicarieae, Polygonaceae). Systematic Botany 33: 77-86.

상세보기
Kim, S.-T. and M. J. Donoghue. 2008b. Incongruence between cpDNA and nrITS trees indicates extensive hybridization within Eupersicaria (Polygonaceae). American Journal of Botany 95: 1122-1135.

상세보기
Kimura, M. 1980. A simple method for estimating evolutionary rates of base substitutions through comparative studies of nucleotide sequences. Journal of Molecular Evolution 16: 111-120.

상세보기
Komarov, V. L. 1936. Polygonum L. In Flora of the U. S. S. R. Vol. 5. Komarov, V. L. (ed.), Izdatel'stvo Akademii Nauk SSSR, Moscow-Leningrad. Translated from Russian by N. Landau, 1970. Israel Program for Scientific Translations, Jerusalem and the Smithsonian Institution, Washington, D. C. Pp. 594-701.
Korshinsky, S. 1892. Plantas amurenses in itinere anni 1891 collectas enumerat novasque species describit. Trudy Imperatorskago S.-Peterburgskago Botaniceskago Sada 12: 287-431.
Kwak, M.-H. 2001. A Systematic Study on Polygonum sect. Persicaria (Polygonaceae) in Korea. M. S. dissertation, Seoul National University, Seoul. (in Korean)
Lee, W. T. 1996. Lineamenta Florae Koreae. Academy Publishing Co., Seoul. (in Korean)
Lee, Y. J. 1996. Polygonaceae. In Flora Coreana. Vol. 1. Im, R. J. (ed.), Science and Technology Publishing House, Pyongyang. Pp. 270-342. (in Korean)
Lee, Y. N. 2006. New Flora of Korea. Vol. I. Kyo-Hak Publishing Co., Seoul. (in Korean)
Li, A.-J., B. Bojian, A. E. Grabovskaya-Borodina, S.-P. Hong, J. McNeill, S. L. Mosyakin, H. Ohba and C.-W. Park. 2003. Polygonaceae. In Flora of China. Vol. 5. Wu, Z. and P. H. Raven (eds.), Science Press, Beijing and Missouri Botanical Garden Press, St. Louis. Pp. 277-350.
Linnaeus, C. 1753. Species Plantarum. Ed. 1. Vol. 1. Impensis Laurentii Salvii, Stockholm.
Maire, R. 1961. Flore de l'Afrique Du Nord. Vol. VII. Dicotyledonae. Paul Lechevalier, Paris.
Michaux, F. A. 1803. Flora Boreali-Americana. Paris.
Mitchell, R. S. 1968. Variation in the Polygonum amphibium Complex and its Taxonomic Significance. University of California Press, Berkeley and Los Angeles.
Mitchell, R. S. 1971a. A guide to aquatic smartweeds (Polygonum) of the United States. Virginia Water Resources Research Center Bulletin 41: 1-52.
Mitchell, R. S. 1971b. Comparative leaf structure of aquatic Polygonum species. American Journal of Botany 58: 342-360.

상세보기
Mitchell, R. S. 1976. Submergence experiments on nine species of semi-aquatic Polygonum. American Journal of Botany 63: 1158-1165.

상세보기
Mitchell, R. S. and J. K. Dean. 1978. Polygonaceae (buckwheat family) of New York State. New York State Museum Bulletin 431: 1-79.
Moench, C. 1777. Enumeratio Plantarum Indigenarum Hassiae. Kassel. Pp. 188-193.
Nieuwland, J. A. 1912. Our amphibious persicarias. American Midland Naturalist 2: 201-247.

상세보기
Park, C.-W. and S. P. Hong. 2007. Polygonaceae. In The Genera of Vascular Plants of Korea. Park, C.-W. (ed.), Academy Publishing Co., Seoul. Pp. 334-360.
Partridge. J. W. 2001. Persicaria amphibia (L.) Gray (Polygonum amphibium L.). Journal of Ecology 89: 487-501.

상세보기
SAS Institute Inc. 2011. SAS(R) 9.3 for Windows. SAS Institute Inc., Cary.
Simmons, M. P. and H. Ochoterena. 2000. Gaps as characters in sequence-based phylogenetic analysis. Systematics Biology 49: 369-381.
Sojak, J. 1974. Bemerkungen zur Gattung Truellum Houtt. (Polygonaceae). Preslia 46: 139-156.
Stanford, E. E. 1925a. The amphibious group of Polygonum, subgenus Persicaria. I. Adaptaion in Polygonum amphibium L. Rhodora 27: 109-112.
Stanford, E. E. 1925b. The amphibious group of Polygonum, subgenus Persicaria. II. The American amphibious persicarias. Rhodora 27: 125-130, 146-152, 156-166.
Swofford, D. L. 2003. PAUP*. Phylogenetic Analysis Using Parsimony (* and other methods), version 4.0b 10. Sinauer Associates, Sunderland.
Thompson, J. D., T. J. Gibson, F. Plewniak, F. Jeanmougin and D. G. Higgins. 1997. The CLUSTAL X windows interface: Flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Research 25: 4876-4882.

상세보기
Voroshilov, V. N. 1966. Flora Sovetskogo Dal'nego Vostoka. Nauka, Moscow. (in Russian)
Webb, D. A. 1993. Polygonaceae. In Flora Europaea. Vol. 1. Tutin, T. G., N. A. Burges, A. O. Chater, J. R. Edmondson, V. H. Heywood, D. M. Moore, D. H. Valentine, S. M. Walters and D. A. Webb (eds.), Cambridge University Press, Cambridge. Pp. 91-108.
Werle, E., C. Schneider, M. Renner, M. Volker and W. Fiehn. 1994. Convenient single-step, one tube purification of PCR products for direct sequencing. Nucleic Acids Research 22: 4354-4355.

상세보기
Willdenow, C. L. 1809. Enumeratio Plantarum Horti Regii Botanici Berolinensis. Taberna Libraria Scholae Realis, Berlin.
Yonekura, K. 2006. Persicaria Mill. In Flora of Japan. Vol. IIa. Iwatsuki K., D. E. Boufford and H. Ohba (eds.), Kodansha Ltd., Tokyo. Pp. 148-174.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증