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문제 정의
- 본 연구에서는 전남 완도 지역을 대상으로 우리나라 산림 토양 내 AMF의 군집 구조를 분석하여 AMF의 종 다양성과 군집 구조의 특성을 확인하고자 한다. 완도는 대표적인 동백나무(Camellia japonica) 자생지로 본 연구에서는 완도의 동백나무 자생지에서 수집한 근권 토양과 부근의 다른 기주 식물의 근권 토양을 수집하여 식생구조에 따른 AMF의 군집의 차이를 비교하였다.
제안 방법
- 2 ml PCR 튜브에 넣고 70% 에탄올로 소독한 곤충핀을 이용하여 포자를 깨트린 후 direct PCR에 이용하였다. 1차 PCR은 universal primer인 NS1/NS4를 이용하였고 PCR 후 1% agarose gel에서 전기 영동 후 밴드를 확인하였다. 밴드가 확인된 PCR 산물은 2차 PCR의 주형으로 이용되었으며 2차 PCR은 AMF 특이 primer인 AML1/AML2를 이용하였다[26].
- 300 µm, 150 µm, 90 µm 및 63 µm 크기의 pore가 있는 토양체를 이용하여 포자를 분리하여 해부현미경 상에서 관찰하며 크기, 색깔, 모양이 비슷한 포자를 모아 추출하여 동정에 이용하였다.
- 3개의 연구지역에서 9개체의 동백나무와 근권 토양이 수집되었고, 동일한 지역에서 9개체의 서로 다른 일반 기주식물과 근권 토양도 함께 채집하여 전체 18개 토양의 AMF 군집을 분석하였다. 동백나무의 근권 토양에서는 총 248개의 AMF 포자가 확인되었고 일반 기주식물의 근권에서는 353개의 AMF 포자가 확인되었다.
- 국내에서 수행된 AMF에 관한 대부분의 연구는 경작지를 중심으로 이루어졌으나 본 연구에서는 오랜 기간 교란되지 않은 동백 자생지 및 일반 기주식물의 근권 토양에서 AMF 의 군집 구조를 확인하였다. 선행 연구에 따르면 우리나라 경작지의 AMF군집은 Glomus 속에 우점되어 있지만[18, 19] 본 연구 결과는 산림 토양 내 AMF군집 구조는 경작지와는 달리 Acaulospora속에 속하는 종이 우점하고 있음을 보여준다.
- 밴드가 확인된 PCR 산물은 2차 PCR의 주형으로 이용되었으며 2차 PCR은 AMF 특이 primer인 AML1/AML2를 이용하였다[26]. 반응이 끝난 후 PCR 산물은 전기 영동을 통해 밴드를 확인하고 염기 서열 분석을 의뢰하였다(Solgent, Korea). 분석된 염기 서열은 NCBI (National Center for Biotechnology Information)의 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)을 이용하여 종을 동정하였으며, 이를 통해 근권 내 AMF 종 다양성 지수(Shannon’s index) 및 근권 간 AMF 군집의 유사도 지수(Similarity index)를 계산하였다.
- 슬라이드 글라스를 광학현미경 상에서 관찰하면서 포자 벽의 수, 구조, 두께, 부착균사의 특징, 표면 장식(ornamentation)을 관찰하고 Melzer’s reagent에 대한 화학적 반응 등을 종합하여 종을 동정하였다.
- 본 연구에서는 전남 완도 지역을 대상으로 우리나라 산림 토양 내 AMF의 군집 구조를 분석하여 AMF의 종 다양성과 군집 구조의 특성을 확인하고자 한다. 완도는 대표적인 동백나무(Camellia japonica) 자생지로 본 연구에서는 완도의 동백나무 자생지에서 수집한 근권 토양과 부근의 다른 기주 식물의 근권 토양을 수집하여 식생구조에 따른 AMF의 군집의 차이를 비교하였다.
- 완도의 동백나무 자생지역에서 동백나무의 근권과 주변 일반 식물의 근권 토양을 수집하여 토양 내 수지상균근균 (AMF)의 다양성 및 군집 구조를 확인하였다. 분석 결과두 근권은 모두 Acaulospora mellea 포자로 우점되어 있지만 동백나무 근권에 비해 일반 기주식물의 근권에서 AMF 종 다양성 지수와 종 수 및 포자 수가 더 높게 나타나는 경향을 확인하였다.
- 추출한 포자를 슬라이드 글라스에 두 군데로 나눠 올려 두고 PVLG(Polyvinyl alcohol-lactic acid-glycerol), PVLG와 Melzer’s reagent를 1:1로 섞은 고정액을 각각 1방울씩 떨어뜨린 후 커버 글라스를 덮고 적당한 압력을 주어 포자를 깨뜨렸다.
- 형태적 특징을 이용하여 동정하기 어려운 종은 분자생물학적 방법을 이용하여 종을 동정하였다. 상태가 양호한 포자 한 개를 0.
대상 데이터
- 기주식물 및 근권 토양의 수집은 2012년 4월 완도 오봉산 지역의 동백나무 자생지에서 선상법(line transect method)을 이용하여 수행되었다. 동백나무 자생지 내 3곳의 샘플링 지역(S1, S2, S3)을 설정하고 각 지역에서 3개체의 동백나무와 일반 기주식물의 근권 토양을 수집하였다. S1(N34°20'05.
- 토양 내 AMF의 종 구성을 분석한 결과 샘플링 지역에서 수집된 AMF는 모두 20종으로 이 가운데 동백나무의 근권 토양에서는 11종의 AMF가 확인되었고 일반 기주식물의 근권에서는 Scutellospora sp.를 제외한 19종의 AMF가 수집되었다(Table 1, 2). 수집된 AMF 포자 중 F.
데이터처리
- 분석된 염기 서열은 NCBI (National Center for Biotechnology Information)의 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)을 이용하여 종을 동정하였으며, 이를 통해 근권 내 AMF 종 다양성 지수(Shannon’s index) 및 근권 간 AMF 군집의 유사도 지수(Similarity index)를 계산하였다.
이론/모형
- 기주식물 및 근권 토양의 채집. 기주식물 및 근권 토양의 수집은 2012년 4월 완도 오봉산 지역의 동백나무 자생지에서 선상법(line transect method)을 이용하여 수행되었다. 동백나무 자생지 내 3곳의 샘플링 지역(S1, S2, S3)을 설정하고 각 지역에서 3개체의 동백나무와 일반 기주식물의 근권 토양을 수집하였다.
- 토양 내 AMF 포자를 추출하기 위해 건조된 토양 10 g을 따로 덜어내어 wet sieving 및 sucrose density gradient centrifugation method [25]를 수행하였다. 300 µm, 150 µm, 90 µm 및 63 µm 크기의 pore가 있는 토양체를 이용하여 포자를 분리하여 해부현미경 상에서 관찰하며 크기, 색깔, 모양이 비슷한 포자를 모아 추출하여 동정에 이용하였다.
성능/효과
- S1(N34°20'05.67", E126°42'14")에서 수집한 일반 기주식물은 광나무(Ligustrum japonicum), 참식나무(Neolitsea sericea), 월계수(Laurus nobilis)이며 S2(N34°20'11", E126°42'14")에서 수집한 일반 기주식물은 월계수, 장딸기(Rubus hirsutus), 괴불나무(Lonicera maackii)이고 S3(N34°20'08.38", E126°42'11.05")에서 수집한 일반 기주식물은 두릅나무(Aralia elata), 국수나무(Stephanandra incise), 비목나무(Lindera erythrocarpa)이다.
- 분석 결과두 근권은 모두 Acaulospora mellea 포자로 우점되어 있지만 동백나무 근권에 비해 일반 기주식물의 근권에서 AMF 종 다양성 지수와 종 수 및 포자 수가 더 높게 나타나는 경향을 확인하였다. 기주식물의 종류에 상관없이 A. mellea가 높은 빈도로 출현하는 것으로 보아 A. mellea가 다른 AMF 종에 비해 산림 토양 및 목본 식물에 특이적으로 적응된것으로 생각된다. 두 근권에서 발견된 AMF 군집간의 유사도를 분석한 결과 동백나무의 근권에서 발견된 AMF 군집간의 유사도가 동백나무 근권 AMF 군집 일반 기주식물 근권 AMF 군집 간의 유사도나 일반 기주식물 근권 AMF 군집간의 유사도에 비해 더 높은 것으로 나타났다.
- 동백나무와 일반 기주식물의 근권 토양 내 AMF군집의 유사도 지수를 분석한 결과 동백나무의 근권에서 발견되는 AMF군집 간의 유사도는 일반 기주식물의 근권에서보다 유의미하게 높은 것으로 나타났다(Fig. 1). 종 다양성 및 토양 내 AMF포자 수는 두 근권에서 유의미한 차이를 보이지 않았으나 군집 유사도 분석은 동백나무의 근권이 다른 식물의 근권과는 달리 매우 편향적인 종 구성을 가지고 있음을 보여준다.
- 3개의 연구지역에서 9개체의 동백나무와 근권 토양이 수집되었고, 동일한 지역에서 9개체의 서로 다른 일반 기주식물과 근권 토양도 함께 채집하여 전체 18개 토양의 AMF 군집을 분석하였다. 동백나무의 근권 토양에서는 총 248개의 AMF 포자가 확인되었고 일반 기주식물의 근권에서는 353개의 AMF 포자가 확인되었다. 토양 내 AMF의 종 구성을 분석한 결과 샘플링 지역에서 수집된 AMF는 모두 20종으로 이 가운데 동백나무의 근권 토양에서는 11종의 AMF가 확인되었고 일반 기주식물의 근권에서는 Scutellospora sp.
- 동백나무의 근권에서 발견된 AMF군 집간 유사도 지수는 일반 기주식물의 근권에서 발견되는 AMF군집간 유사도 지수에 비해 높았으며(p<0.05), 두 근 권에서 발견되는 AMF군집 간의 유사도는 동백 근권에 비해 낮은 것으로 나타났다(p<0.05).
- 두 AMF 군집의 종 다양성 지수(Shannon’s index)와 토양 내 포자의 수는 일반 기주식물의 근권에서 더 높았다(Table 2).
- mellea가 다른 AMF 종에 비해 산림 토양 및 목본 식물에 특이적으로 적응된것으로 생각된다. 두 근권에서 발견된 AMF 군집간의 유사도를 분석한 결과 동백나무의 근권에서 발견된 AMF 군집간의 유사도가 동백나무 근권 AMF 군집 일반 기주식물 근권 AMF 군집 간의 유사도나 일반 기주식물 근권 AMF 군집간의 유사도에 비해 더 높은 것으로 나타났다. 이는 동백나무 근권이 다른 일반 기주식물의 근권과는 다른 독특한 AMF 군집 구조를 형성하고 있으며, 식물의 근권 주변의 AMF 군집은 기주식물에 의해 유의미한 수준으로 달라질 수 있음을 보여준다.
- 두 종류의 근권에서 우점종은 동일하게 확인되었으나 동백나무의 근권에서는 훨씬 적은 수의 AMF종만 확인되었다(55%). 두 근권에서 수집된 AMF 종의 상대적인 빈도를 분석한 결과, 동백의 근권에서는 A. mellea (77.8%)와 R. clarus (66.7%)이 가장 높은 빈도로 출현하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 일반 기주식물의 근권에서 가장 높은 빈도로 출현하는 종은 A.
- 는 포자벽의 형태 및 구조와 같은 형태적 특징을 바탕으로 종을 동정하였다. 두 종류의 근권 토양 모두에서 Acaulospora mellea가 가장 우점적인 AMF 종으로 확인되었으며 그 다음으로 Rhizophagus clarus가 높은 비율로 발견되었다. 두 종류의 근권에서 우점종은 동일하게 확인되었으나 동백나무의 근권에서는 훨씬 적은 수의 AMF종만 확인되었다(55%).
- 두 종류의 근권 토양 모두에서 Acaulospora mellea가 가장 우점적인 AMF 종으로 확인되었으며 그 다음으로 Rhizophagus clarus가 높은 비율로 발견되었다. 두 종류의 근권에서 우점종은 동일하게 확인되었으나 동백나무의 근권에서는 훨씬 적은 수의 AMF종만 확인되었다(55%). 두 근권에서 수집된 AMF 종의 상대적인 빈도를 분석한 결과, 동백의 근권에서는 A.
- 05). 따라서 동백 근권에서 발견되는 AMF군집이 다른 기주식물의 근권에서 발견되는 AMF군집과는 다른 특이적인 군집 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 토양 내 AMF포자의 군집 구조는 기주식물의 종에 따라 영향을 받을 수 있으며, 특정 식물의 군락지역은 주변의 식생의 근권과는 다른 독특한 AMF군집 구조를 발달시킨다고 보여진다.
- clarus에 의해 거의 완전히 우점되어 있다. 반면 동백나무가 아닌 일반 기주식물의 근권에서는두 개의 군집에서만 R. clarus가 발견되었고, 세 개의 군집에서는 A. mellea가 발견되지 않았다. 따라서 A.
- 완도의 동백나무 자생지역에서 동백나무의 근권과 주변 일반 식물의 근권 토양을 수집하여 토양 내 수지상균근균 (AMF)의 다양성 및 군집 구조를 확인하였다. 분석 결과두 근권은 모두 Acaulospora mellea 포자로 우점되어 있지만 동백나무 근권에 비해 일반 기주식물의 근권에서 AMF 종 다양성 지수와 종 수 및 포자 수가 더 높게 나타나는 경향을 확인하였다. 기주식물의 종류에 상관없이 A.
- 3)가 상대적으로 높은 빈도로 출현하는 것을 확인할 수 있었다. 분석된 토양 내 AMF는 Acaulospora 속에 속하는 종이 가장 많았으며 이는 두 근권 모두에서 동일하였다(동백나무 57.7%; 일반 기주식물 66.6%). 두 AMF 군집의 종 다양성 지수(Shannon’s index)와 토양 내 포자의 수는 일반 기주식물의 근권에서 더 높았다(Table 2).
- 1). 종 다양성 및 토양 내 AMF포자 수는 두 근권에서 유의미한 차이를 보이지 않았으나 군집 유사도 분석은 동백나무의 근권이 다른 식물의 근권과는 달리 매우 편향적인 종 구성을 가지고 있음을 보여준다. 동백나무의 근권에서 발견된 AMF군 집간 유사도 지수는 일반 기주식물의 근권에서 발견되는 AMF군집간 유사도 지수에 비해 높았으며(p<0.
- 7%)이 가장 높은 빈도로 출현하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 일반 기주식물의 근권에서 가장 높은 빈도로 출현하는 종은 A. mellea (66.7%)이지만 R. clarus 보다는 A. longula (33.3)와 A. leptoticha (33.3)가 상대적으로 높은 빈도로 출현하는 것을 확인할 수 있었다. 분석된 토양 내 AMF는 Acaulospora 속에 속하는 종이 가장 많았으며 이는 두 근권 모두에서 동일하였다(동백나무 57.
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