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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 도루묵의 지역 집단 간 유전적 특성과 유연 관계를 파악하기 위해 한국 동해안 3지역과 일본 2지역 의 도루묵을 대상으로 mtDNA와 msDNA를 사용하여 분석하였으며, 유전적 다양성을 평가하고 집단 구조를 밝혀냄으로써 우리나라 도루묵 자원의 보존 및 관리를 위해 필요한 유전학 적 기초자료를 제공하고 이를 활용하고자 수행되었다.
- 본 연구는 mtDNA와 msDNA 마커를 이용한 분석결과를 토대로 도루묵 집단에 대한 유전적 다양성 및 집단 간 유연관계를 확인하고자 하였다. 본 연구의 결과, mtDNA와 msDNA 마커의 분석 모두에서 우리나라 동해안 도루묵 집단이 일본 도루묵 집단에 비해 비교적 유전적 다양성이 잘 유지되고 있음이 확인되었으며, 우리나라 동해안 집단과 일본 집단이 AMOVA test 및 계통유전학적 분석에서 유의한 유전적 차이가 있음을 보여주었다.
- 본 연구에서는 우리나라 동해의 도루묵 집단의 유전학적 특성과 유연 관계를 파악하고자 한국 동해안의 독도, 동해, 감포 지역과 일본의 북해도와 에리모 지역 도루묵 집단을 대상으로 mtDNA (Cyt b)와 msDNA 분석을 수행하였다.
가설 설정
- 도루묵 집단의 유전형상과 군집구조 분석을 위해 베이즈 군집구조 추론을 실시한 결과, ΔK 값이 2일 때 최대값을 보여 최적군집수(K=2)에 따라 2개의 군집으로 가정하여 분석하였다(Fig. 3, Table 10). 분석된 5개 집단을 최적군집수에 따라 2개의 군집으로 가정하고, 각 집단이 군집에 할당될 사후확률을 기준으로 판정할 때, 크게 두 개의 그룹으로 분리되었는데, 북해도와 에리모 집단이 하나의 군집에 할당되었고, 독도, 동해, 감포 집단이 다른 하나의 군집에 할당되었다.
제안 방법
- PCR 산물은 QIA quick PCR purification kit (Qiagen, USA)로 정제한 후 염기서열 분석에 사용하였다. ABI PRISM Big Dye Terminator version 3.1 cy- cle sequencing kit (Applied Biosystems, USA)를 이용하여 ABI PRISM 3130XL Genetic Analyzer (Applied Biosystems, USA)를 통해 염기서열을 분석하였으며, ABI DNA sequenc- ing analysis software version 5.2 (Applied Biosystems, USA)를 사용하여 염기서열 파일을 생성하였다.
- 5% agarose gel 상에서 전기영동으로 증폭된 DNA 밴드의 유무를 확인하였다. PCR 산물은 Hi-Di Formamide와 size standard, GeneScan 400HD ROX (Applied Biosystems, USA)를 혼합하여 95℃에서 2분간 de- naturation 후 ABI PRISM 3130XL Genetic Analyzer (AppliedBiosystems, USA)를 이용하여 분석하였다.
- 5% agarose gel 상에서 전기영동으로 증폭된 DNA 밴드의 유무를 확인하였다. PCR 산물은 QIA quick PCR purification kit (Qiagen, USA)로 정제한 후 염기서열 분석에 사용하였다. ABI PRISM Big Dye Terminator version 3.
- 본 연구에 사용한 MS marker는 2006년에 박 등[29]이 개발 한 msDNA 마커 중에서 5개 마커의 정보를 사용하여 primer (DR55, DR72, DR118, DR148, DR225)를 제작하였다(Table 2). PCR 조성은 10×Taq PCR buffer 1 μl, dNTP mixture (10 mM) 0.2 μl, Hs Taq DNA polymerase (2.5 U/ μl; TNT Research, Seoul, Korea) 0.1 μl, forward와 reverse primer 각각 0.4 μl (10 mM), template DNA 1 μl를 넣고, 총 10 μl까지 멸균된 증류수를 넣은 후, PCRe Thermal cycler (PTC-0220 DNA Engine Dyad Peltier; MJ Research, MA)를 이용하여, 95℃에서 11분간 preincubation 후, 94℃에서 1분간 denaturation, 5 8℃에서 1분간 annealing, 72℃에서 1분간 extension 하여 총 34 cycles을 수행하였으며, full extensione 72℃에서 5분간 실시하였다. PCR 후 1.
- 763 (5’-AAA CTG CAG CCC CTG CTC AGA ATG ATA TTT GTC CTC A-3’)를 사용하였다[28]. PCR 조성은 10×Taq PCR buffer 3 μl, dNTP mixture (10 mM) 0.6 μl, Hs Taq DNA polymerase (2.5 U/μl; TNT Research, Seoul, Korea) 0.3 μl, forward와 reverse primer 각각 1.2 μl (10 mM), template DNA 3 μl를 넣고, 총 30 μl까지 멸균된 증류수를 넣은 후, PCRe Thermal cycler (PTC-0220 DNA Engine Dyad Peltier; MJ Research, MA)를 이용하여, 95℃에서 11분 간 preincubation 후, 94℃에서 1분간 denaturation, 54 ℃에서 1분간 annealing, 72℃에서 1분간 extension 하여 총 34 cycles 을 수행하였으며, full extensione 72℃에서 5분간 실시하였다. PCR 후 1.
- 2 μl (10 mM), template DNA 3 μl를 넣고, 총 30 μl까지 멸균된 증류수를 넣은 후, PCRe Thermal cycler (PTC-0220 DNA Engine Dyad Peltier; MJ Research, MA)를 이용하여, 95℃에서 11분 간 preincubation 후, 94℃에서 1분간 denaturation, 54 ℃에서 1분간 annealing, 72℃에서 1분간 extension 하여 총 34 cycles 을 수행하였으며, full extensione 72℃에서 5분간 실시하였다. PCR 후 1.5% agarose gel 상에서 전기영동으로 증폭된 DNA 밴드의 유무를 확인하였다. PCR 산물은 QIA quick PCR purification kit (Qiagen, USA)로 정제한 후 염기서열 분석에 사용하였다.
- 도루묵 5집단을 대상으로 5개의 msDNA 마커(Table 6)를 이용하여 유전자형을 분석하였다. 전체적으로 높은 다양성을 보였으나 집단 별 각 유전자좌에서의 유전적 다양성 정도는 다르게 나타났다(Table 7).
- 시료의 DNA 추출은 magnetic bead 기반의 Mag Extractor genome DNA purification Kit (Toyobo, Japan)와 함께 자동화DNA 추출 장비(MagExtractor MFX-6100, Toyobo, Japan)를 사용하여 total genomic DNA를 분리하였다.
- 0 (Applied Biosystems, USA)를 이용하여 결정하였으며, Microsoft Excel 파일로 저장하였다. 유전적 다양성 분석을 위해 FSTAT version 2.9.3 [10]를 사용하여 대립유전자수 (number of alleles, NA), 대립유전자 크기(product size range,S), 집단 크기를 보정한 대립유전자수(allelic richness, AR)를 구하였다. Arlequin version 3.
- 유전적 집단구조 분석을 위해, FSTAT version 2.9.3 [10]를 이용하여 집단 간 유전적 분화 정도, Pairwise FST [41] 수치를 측정하여 비교하였다. 집단 내 또는 집단 간의 유전적 변이정도를 통계적으로 추정하여 집단간 유전적 분화 정도를 알아보기 위해 Tamura and Nei model [37]을 적용한 AMOVA (analysis of molecular variance) [9] 분석은 Arlequin 3.
대상 데이터
- 본 연구에 사용한 MS marker는 2006년에 박 등[29]이 개발 한 msDNA 마커 중에서 5개 마커의 정보를 사용하여 primer (DR55, DR72, DR118, DR148, DR225)를 제작하였다(Table 2). PCR 조성은 10×Taq PCR buffer 1 μl, dNTP mixture (10 mM) 0.
- 본 연구에 사용한 도루묵 시료는 총 96개체로, 국립수산과 학원 전략양식연구소 생명공학과에서 수집하여 수장고에 보관중인 일본 2지역, 북해도(n=22)와 에리모(n=22)의 genomic DNA와 독도수산연구센터에서 우리나라 동해안 3지역, 동해 (n=10), 감포(n=34) 및 독도(n=8)의 도루묵을 채집하여 99.9% 에탄올에 고정한 지느러미 조직을 공급받아 사용하였다(Table 1).
데이터처리
- 값, UPGMA와 주성분분석의 결과와 지리적 분포에 근거하여, 1) 5개의 도루묵 집단을 하나의 그룹으로, 2) 한국과 일본 집단을 분리하여 2개의 그룹으로 가정하여, 집단 간의 유전적 차이를 보기 위한 AMOVA test를 실시하였다. 그 결과, 전체 도루묵 집단을 하나의 그룹으로 가정하였을 때 변이도는 전체 유전변이의 5.
- mtDNA Cyt b 영역의 염기서열은 SeqMan software 프로그램(DNASTAR Lasergene 8 package)을 이용하여 sequence assembly하여 정렬하였다. Haplotype의 결정 및 빈도, 변이부위 탐색, 유전적 변이성 추정 등의 분석은 DnaSP (v. 5.10.01)를 이용하였다. 집단 간 염기서열의 유전적 거리는 MEGA 5 [38]의 Between group mean distance를 Kimura-2-parameter 모델[15]로 계산하였다.
- msDNA 마커별 대립유전자들의 크기는 GeneMapper ver- sion 4.0 (Applied Biosystems, USA)를 이용하여 결정하였으며, Microsoft Excel 파일로 저장하였다. 유전적 다양성 분석을 위해 FSTAT version 2.
- mtDNA Cyt b 영역의 염기서열은 SeqMan software 프로그램(DNASTAR Lasergene 8 package)을 이용하여 sequence assembly하여 정렬하였다. Haplotype의 결정 및 빈도, 변이부위 탐색, 유전적 변이성 추정 등의 분석은 DnaSP (v.
- 1 [8]를 사용하여 수행하였다. 유전적 변이 분포를 이용하여 지역 집단의 기하학적 관계를 2차원적으로 보여주는 Principal Coordinate analysis (PCoA) 분석은 GeneAlEx 6.4 program [30]을 이용하여 분석하였다. 유전적 거리에 기초한 집단 간 계통학적 유연관계는 Populations 1.
- 집단 간 염기서열의 유전적 거리는 MEGA 5 [38]의 Between group mean distance를 Kimura-2-parameter 모델[15]로 계산하였다. 유전적 집단구조 분석은 Arlequin 3.1 [8]를 이용하여 집단 간 유전적 분화 정도를 추정하기 위한 Pairwise FST 값을 구하였으며, 집단 내 또는 집단 간의 유전적 변이 분석을 통한 집단의 유사성 및 유연관계를 알아보기 위해 Tamura and Nei model [37]을 적용하여 AMOVA (analysis of molecular variance) [9] 분석을 수행하였다.
- 3 program [32]를 이용하여 분석을 수행하였다. 적절한 실제 집단의 수(K 값)를 추정 하기 위해 Bayesian 통계분석을 수행하여 각각의 K (K=1~10) 값에 대해 20회 반복하여 평균 추정치 Pr(X|K)와 표준편차를 계산하였다(burn-in period: 5,000, MCMC, Markov Chain Monte Carlo: 50, 000). 이 결과를 Evanno 등[7]의 방법을 적용하여 ΔK 값을 계산하고 최적의 K 값을 결정하여 각각의 클러 스터에 대한 각 집단의 유전형상에 따른 실제 분포를 추정하였다.
- 1 software [8]를 사용하여 이형 접합률(expected heterozygosity, HE), 관찰치 이형접합률 (observed heterozygosity, HO)를 추정하였으며, Markov- chain 방법으로 Hardy-Weinberg equilibrium (HWE) 이탈에 대한 분석을 수행하였다. 집단 내 근친교배 계수(inbreeding coefficients, FIS) [41]의 분석은 GENEPOP version 4.0 com- puter package [33]를 이용하였으며, 1,000회 반복하여 유의성을 측정하였다.
- 3 [10]를 이용하여 집단 간 유전적 분화 정도, Pairwise FST [41] 수치를 측정하여 비교하였다. 집단 내 또는 집단 간의 유전적 변이정도를 통계적으로 추정하여 집단간 유전적 분화 정도를 알아보기 위해 Tamura and Nei model [37]을 적용한 AMOVA (analysis of molecular variance) [9] 분석은 Arlequin 3.1 [8]를 사용하여 수행하였다. 유전적 변이 분포를 이용하여 지역 집단의 기하학적 관계를 2차원적으로 보여주는 Principal Coordinate analysis (PCoA) 분석은 GeneAlEx 6.
- 32 [17]를 이용하여 Nei [22]의 방법에 따라 Ds 유전거리를 산출하여 UPGMA (unweighted pair-group method with arithmetical average) [36]방법으로 작성하였다. 집단의 유전형상과 군집구조를 분석하기 위해 STRUCTURE version 2.3 program [32]를 이용하여 분석을 수행하였다. 적절한 실제 집단의 수(K 값)를 추정 하기 위해 Bayesian 통계분석을 수행하여 각각의 K (K=1~10) 값에 대해 20회 반복하여 평균 추정치 Pr(X|K)와 표준편차를 계산하였다(burn-in period: 5,000, MCMC, Markov Chain Monte Carlo: 50, 000).
이론/모형
- 3 [10]를 사용하여 대립유전자수 (number of alleles, NA), 대립유전자 크기(product size range,S), 집단 크기를 보정한 대립유전자수(allelic richness, AR)를 구하였다. Arlequin version 3.1 software [8]를 사용하여 이형 접합률(expected heterozygosity, HE), 관찰치 이형접합률 (observed heterozygosity, HO)를 추정하였으며, Markov- chain 방법으로 Hardy-Weinberg equilibrium (HWE) 이탈에 대한 분석을 수행하였다. 집단 내 근친교배 계수(inbreeding coefficients, FIS) [41]의 분석은 GENEPOP version 4.
- 4 program [30]을 이용하여 분석하였다. 유전적 거리에 기초한 집단 간 계통학적 유연관계는 Populations 1.2.32 [17]를 이용하여 Nei [22]의 방법에 따라 Ds 유전거리를 산출하여 UPGMA (unweighted pair-group method with arithmetical average) [36]방법으로 작성하였다. 집단의 유전형상과 군집구조를 분석하기 위해 STRUCTURE version 2.
- 적절한 실제 집단의 수(K 값)를 추정 하기 위해 Bayesian 통계분석을 수행하여 각각의 K (K=1~10) 값에 대해 20회 반복하여 평균 추정치 Pr(X|K)와 표준편차를 계산하였다(burn-in period: 5,000, MCMC, Markov Chain Monte Carlo: 50, 000). 이 결과를 Evanno 등[7]의 방법을 적용하여 ΔK 값을 계산하고 최적의 K 값을 결정하여 각각의 클러 스터에 대한 각 집단의 유전형상에 따른 실제 분포를 추정하였다.
- 01)를 이용하였다. 집단 간 염기서열의 유전적 거리는 MEGA 5 [38]의 Between group mean distance를 Kimura-2-parameter 모델[15]로 계산하였다. 유전적 집단구조 분석은 Arlequin 3.
성능/효과
- Haplotype 다양성에서는 각 지역별 집단 모두에서 높은 값(Hd>0.5, 0.5882~0.8649)을 나타내었으나, 염기다양도에서는 낮은 값(Pi<1.0%, 0.00799~0.00903)을 나타내어 한국 동해 안과 일본의 도루묵 집단은 분화가 비교적 최근에 이루어졌음을 시사하였다. 집단의 분화가 최근에 발생했음을 나타내는 유전현상은 일반적으로 haplotype 다양성은 높고, 염기다양 도가 낮게 나타나는 경우이기 때문이다[2, 14].
- 또한, 도루묵 집단 간의 UPGMA 계통도와 주성분 분석에서도 우리나라 동해안(독도, 동해, 감포) 집단과 일본(북해도, 에리모) 집단으로 분리되는 양상을 나타내었다. STRUCTURE 분석 결과에서도 우리나라 동해안(독도, 동해, 감포) 집단은 cluster 2에서, 일본 집단(북해도, 에리모)은 cluster 1에서 각각 높은 수치를 나타내어 우리나라 동해안과 일본으로 각각의 cluster를 형성하면서 구조화되는 경향을 보여주었다. 이러한 결과는 유전적 거리에 기초한 UPGMA 계통수와 주성분 분석 결과와도 일치하였다.
- msDNA 분석에서 도루묵 집단의 유전적 다양성은 HE에서 0.73으로 나타나, 해산 어류 평균인 0.79에 비해 약간 낮은 수치를 나타내었으나[6], 평균 FIS는 0.0898로 낮은 수치로 나타나 비교적 유전 다양성을 잘 유지하고 있는 것으로 조사되었다.
- mtDNA의 Cyt b gene 영역에서 401 base pair의 염기서열 분석 결과, 총 27개의 haplotype으로, 북해도 지역에서 7개, 에리모 지역에서 6개, 독도와 동해 지역에서 각각 4개, 감포 지역에서 16개의 haplotype이 관찰되었다. 이들 지역 집단 간 haplotype 구성을 살펴보면, Hap01은 일본 2지역에서 가장 많이 관찰되었고(북해도: 61%, 에리모: 65%), Hap02~07과 Hap14~15는 일본 지역에서만 관찰되었다.
- 각 지역별 haplotype 다양성(haplotype diversity, Hd)은 감포에서 가장 높고(0.8649), 에리모에서 가장 낮은(0.5882) 값을 나타내었다. 염기 다양도(nucleotide diversity, Pi)는 독도에서 가장 높고(0.
- 각 집단 별 평균 관찰치 이형접합률(HO)과 기대치 이형접합 률(HE)은 각각 0.5478~0.7073과 0.6825~0.7765로 관찰되었으며, 전체 평균 HO와 HE은 각각 0.6217과 0.7254로 나타났다. Hardy-Weinberg 평형의 이탈은 DR72에서는 독도를 제외한 모든 집단에서 그리고 DR148에서는 에리모 집단에서 관찰되었다(p<0.
- 값, UPGMA와 주성분분석의 결과와 지리적 분포에 근거하여, 1) 5개의 도루묵 집단을 하나의 그룹으로, 2) 한국과 일본 집단을 분리하여 2개의 그룹으로 가정하여, 집단 간의 유전적 차이를 보기 위한 AMOVA test를 실시하였다. 그 결과, 전체 도루묵 집단을 하나의 그룹으로 가정하였을 때 변이도는 전체 유전변이의 5.83%, 각 지역 집단 내 개체간 변이도는 94.17%로 나타났다(FST=0.0583, p=0.0000). 한국(독도, 동해, 감포)과 일본(북해도와 에리모)의 2 그룹으로 나누어 분석한 결과는 그룹 간의 변이도는 전체 유전변이의 7.
- 0120으로 가장 높은 값을 나타내었다. 그리고 한국의 동해안 3지역과 일본의 2지역 간에는 0.0100~0.0120의 값을 나타내었고, 한국의 동해안 3지역 간에는 0.0090의 값을 나타내어, 유전적 거리 값을 통해 한국 집단과 일본 집단으로 나뉘어지는 것을 관찰할 수 있었다(Table 4).
- 도루묵 집단 간 Nei의 유전적 거리에 기반한 UPGMA 군집 분석 결과는 전체적으로 북해도(JHKD)와 에리모(JERM) 집단이 하나의 그룹을 형성하며, 동해(KDH), 감포(KGP) 및 독도 (KDD) 집단이 다른 그룹을 형성하여 분리되는 양상을 나타내 었다(Fig. 1). 주성분 분석에서는 상위 3개의 주성분이 전체 변이의 95.
- 도루묵 집단 간 유연관계를 확인하기 위한 Dxy 유전적 거 리와 pairwise FST값 및 AMOVA 분석 결과에서도 한국 동해 안과 일본 북해도 집단이 명확한 유전적 차이를 나타냄을 확인할 수 있었다. 유전적 거리는 개체나 집단 간에 나타나는 염기서열의 유사성에 근거하며 유전적 거리가 낮을수록 그 유연관계는 높음을 나타내는데, 비록 그 값의 차이가 크지는 않았지만 한국 동해안과 일본 북해도 집단으로 분리되어 각각 서식지의 분포에 따라 유전적 유연관계가 높은 것으로 확인되 었다(Table 4).
- 2%를 나타냈다(Table 10). 따라서, Structure 분석 결과에서도 한국과 일본 집단으로 분리되는 경향을 나타낸다는 것을 관찰할 수 있었다.
- 분석된 5개 집단을 최적군집수에 따라 2개의 군집으로 가정하고, 각 집단이 군집에 할당될 사후확률을 기준으로 판정할 때, 크게 두 개의 그룹으로 분리되었는데, 북해도와 에리모 집단이 하나의 군집에 할당되었고, 독도, 동해, 감포 집단이 다른 하나의 군집에 할당되었다. 또한, K=2일 때, 유전적 균일도는 군집 1에서 북해도 집단이 62.6%, 에리모 집단이 62.8%, 군집 2에서 독도 집단이 61.5%, 동해 집단이55.8% 그리고 감포 집단이 55.2%를 나타냈다(Table 10). 따라서, Structure 분석 결과에서도 한국과 일본 집단으로 분리되는 경향을 나타낸다는 것을 관찰할 수 있었다.
- 또한, 도루묵 집단 간의 UPGMA 계통도와 주성분 분석에서도 우리나라 동해안(독도, 동해, 감포) 집단과 일본(북해도, 에리모) 집단으로 분리되는 양상을 나타내었다. STRUCTURE 분석 결과에서도 우리나라 동해안(독도, 동해, 감포) 집단은 cluster 2에서, 일본 집단(북해도, 에리모)은 cluster 1에서 각각 높은 수치를 나타내어 우리나라 동해안과 일본으로 각각의 cluster를 형성하면서 구조화되는 경향을 보여주었다.
- 집단의 분화가 최근에 발생했음을 나타내는 유전현상은 일반적으로 haplotype 다양성은 높고, 염기다양 도가 낮게 나타나는 경우이기 때문이다[2, 14]. 또한, 한국 동해안 집단이 일본 집단 보다 비교적 높은 유전다양성을 유지하는 것으로 나타나 우리나라 동해안의 도루묵 자원의 유전다양 성이 비교적 잘 유지되고 있음을 나타내었다.
- 이들 지역 집단 간 haplotype 구성을 살펴보면, Hap01은 일본 2지역에서 가장 많이 관찰되었고(북해도: 61%, 에리모: 65%), Hap02~07과 Hap14~15는 일본 지역에서만 관찰되었다. 반면, Hap09는 우리나라 동해안 3지역에서 가장 많이 관찰되었고(독도: 57%,동해: 56%, 감포: 31%), Hap08, 10~13과 Hap16~27은 우리나라 동해안 3지역에서만 관찰되었다(Table 2).
- 본 연구는 mtDNA와 msDNA 마커를 이용한 분석결과를 토대로 도루묵 집단에 대한 유전적 다양성 및 집단 간 유연관계를 확인하고자 하였다. 본 연구의 결과, mtDNA와 msDNA 마커의 분석 모두에서 우리나라 동해안 도루묵 집단이 일본 도루묵 집단에 비해 비교적 유전적 다양성이 잘 유지되고 있음이 확인되었으며, 우리나라 동해안 집단과 일본 집단이 AMOVA test 및 계통유전학적 분석에서 유의한 유전적 차이가 있음을 보여주었다. 비록 분석에 사용된 도루묵 집단의 개체수가 적고, 일본 집단의 지역적 한계가 있었으나, 본 연구의 결과는 우리나라 동해안의 유용한 수산자원으로서 도루묵의 보존 및 유전적 특성을 규명하기 위한 구체적인 과학적 근거 자료로 사용 가능할 것이며, 나고야의정서에 대응하기 위한 우리나라 생물자원 주권 확보를 위한 기초자료로도 활용 가능할 것이라 생각된다.
- 3, Table 10). 분석된 5개 집단을 최적군집수에 따라 2개의 군집으로 가정하고, 각 집단이 군집에 할당될 사후확률을 기준으로 판정할 때, 크게 두 개의 그룹으로 분리되었는데, 북해도와 에리모 집단이 하나의 군집에 할당되었고, 독도, 동해, 감포 집단이 다른 하나의 군집에 할당되었다. 또한, K=2일 때, 유전적 균일도는 군집 1에서 북해도 집단이 62.
- 5882) 값을 나타내었다. 염기 다양도(nucleotide diversity, Pi)는 독도에서 가장 높고(0.00903), 에리모에서 가장 낮은(0.00799) 값을 나타 냈으며, 한국의 동해안 3지역이 일본의 2지역 보다 상대적으로 높은 값을 나타내었다(Table 3).
- 값 및 AMOVA 분석 결과에서도 한국 동해 안과 일본 북해도 집단이 명확한 유전적 차이를 나타냄을 확인할 수 있었다. 유전적 거리는 개체나 집단 간에 나타나는 염기서열의 유사성에 근거하며 유전적 거리가 낮을수록 그 유연관계는 높음을 나타내는데, 비록 그 값의 차이가 크지는 않았지만 한국 동해안과 일본 북해도 집단으로 분리되어 각각 서식지의 분포에 따라 유전적 유연관계가 높은 것으로 확인되 었다(Table 4). Pairwise FST값의 경우에도 한국 동해안과 일본 북해도 집단 간에 유의한 차이(p<0.
- 유전적 차이를 반영 함을 확인할 수 있었다(Table 5). 우리 나라와 같이 도루묵에 대한 이용도가 많은 일본의 Shirai 등 [35]의 연구에서도 mtDNA의 control region의 염기서열 분석을 통한 도루묵 집단의 AMOVA test 분석 연구에서 우리나라 동해안과 일본 연안의 서해의 도루묵 집단이 유전적 차이를 나타내며 독립적인 경향을 보임을 밝혀, 본 연구 결과와 동일한 결과를 보고한 바 있다.
- 전 지역 간과 한국과 일본 집단 간의 유전적 차이를 관찰하기 위해 AMOVA test를 실시한 결과, 전 지역 간의 변이도는 전체 유전변이의 19.07%, 각 지역 집단 내 개체간 변이도는80.93%로 관찰되었다(FST=0.1907, p=0.0000). 전 지역을 일본 (북해도와 에리모)과 한국(독도, 동해, 감포)으로 분리하여 분 석한 결과, 2개 그룹 간의 변이도는 전체 유전변이의 26.
- 0000). 전 지역을 일본 (북해도와 에리모)과 한국(독도, 동해, 감포)으로 분리하여 분 석한 결과, 2개 그룹 간의 변이도는 전체 유전변이의 26.6%, 각 그룹 내 지역 집단 간 변이도는 -0.12%, 각 지역 집단 내 개체간 변이도는 73.52%로 관찰되었다(FST=0.2648, p=0.0000) (Table 5).
- 전체적으로 높은 다양성을 보였으나 집단 별 각 유전자좌에서의 유전적 다양성 정도는 다르게 나타났다(Table 7). 전체 대립유전자수(NA)는 2-23개였 으며 평균 10.1개로 관찰되었고, 평균 NA값은 감포에서 12.6개로 가장 높은 값을, 독도에서 6개로 가장 낮은 값을 나타내었다. 집단의 크기를 보정한 유전자좌당 대립유전자수(AR)는2.
- 도루묵 5집단을 대상으로 5개의 msDNA 마커(Table 6)를 이용하여 유전자형을 분석하였다. 전체적으로 높은 다양성을 보였으나 집단 별 각 유전자좌에서의 유전적 다양성 정도는 다르게 나타났다(Table 7). 전체 대립유전자수(NA)는 2-23개였 으며 평균 10.
- 1). 주성분 분석에서는 상위 3개의 주성분이 전체 변이의 95.13%(제1주성분=61.65%, 제2주성분=21.75%, 제3주 성분=11.74%)를 차지하였으며, 제1주성분과 제2주성분에 의한 분포도는 UPGMA에서의 결과와 동일하였다(Fig. 2). 북해도(JHKD)와 에리모(JERM) 집단이 가깝게 분포하였고, 동해 (KDH)와 감포(KGP) 집단이 가깝게 분포하였으며, 독도 (KDD) 집단은 상대적으로 동해(KDH)와 감포(KGP) 집단과 가깝게 분포하였다.
- 집단 간 유전적 차이 정도를 나타내는 pairwise FST값을 추정한 결과 북해도와 에리모 지역에서 가장 낮은 값(-0.0459)이 관찰되었고, 에리모와 감포 지역 간에 가장 높은 값(0.3047)이 관찰되었다(Table 4). 한국과 일본 집단 간의 FST값은 0.
- 6개로 가장 높은 값을, 독도에서 6개로 가장 낮은 값을 나타내었다. 집단의 크기를 보정한 유전자좌당 대립유전자수(AR)는2.1-9.4개로 관찰되었으며, 평균 AR값은 에리모에서 6.9개로 가장 높은 값을, 독도에서 5.6개로 가장 낮은 값을 나타내었다.
- 05). 특히, AMOVA test 분석에서는 도루묵 전 집단을 하나의 그룹으로 하여 분석 하였을 때와 우리나라와 일본으로 나누어 2개의 그룹으로 분리하여 분석하였을 때, 유전변이 값이 5.83%에서 7.22%로 증 가하여 우리나라와 일본의 도루묵 집단 간 뚜렷한 유전적 차이를 나타냈으며(p=0.0000), 이는 mtDNA를 이용한 AMOVA test 분석 결과와도 일치하는 경향을 보이며, 일본의 Shirai 등 [35]의 연구결과와도 유사한 결과를 나타내었다.
- 0000). 한국(독도, 동해, 감포)과 일본(북해도와 에리모)의 2 그룹으로 나누어 분석한 결과는 그룹 간의 변이도는 전체 유전변이의 7.22%, 각 그룹 내 지역 집단 간 변이도는 0.92%, 각 지역 집단 내 개체간 변이도는 91.86%로 나타났다(FST=0.0814, p=0.0000) (Table 9).
- 3047)이 관찰되었다(Table 4). 한국과 일본 집단 간의 FST값은 0.1671에서 0.3047로 나타나 상대적으로 일본 집단 간의 값(-0.0459)과 한국 집단 간의 값(-0.0392~0.0648)보다 높고, 유의한 차이가 있는 것으로 나타나(p<0.05), 유전적 거리에서의 결과와 동일 하게 한국 집단과 일본 집단으로 분리되는 결과를 보여주었다.
- 한국과 일본 집단의 Cyt b 염기서열 분석 결과 전체 27개의 haplotype이 나타났으며, 이들 중 Hap01과 Hap09가 전체 집 단에서 가장 높은 빈도로 관찰되었다. 한국과 일본 도루묵 집단에서 동일한 haplotype을 공유하는 것은 Hap01에서 독도와 감포 지역의 각각 1개체를 제외하고는 관찰되지 않았다 (Table2).
후속연구
- 도루묵 자원은 1971년 2만 5천 톤으로 최고치를 기록하였지만, 1970년대 후반부터 어획량이 크게 감소하여 4천 톤 미만의 낮은 어획수준을 보이다가 도루묵 자원의 회복을 위해 동해의 도루묵 산란장과 도루묵 어미 등을 보호하는 정책으로 도루묵 자원이 증가하는 경향을 보이고 있다. 따라서 회복된 도루묵 자원을 보존하고 합리적으로 이용하기 위해 체계적인 자원관리와 지속적인 관리를 위한 모니터링 계획의 수립이 필요하며, 이러한 자원관리를 위해 도루묵 종 및 집단의 유전학적 분석을 통한 분자계통학적 연구 및 유전적 다양성에 관련된 연구가 수행되어야 할 것이다.
- 본 연구의 결과, mtDNA와 msDNA 마커의 분석 모두에서 우리나라 동해안 도루묵 집단이 일본 도루묵 집단에 비해 비교적 유전적 다양성이 잘 유지되고 있음이 확인되었으며, 우리나라 동해안 집단과 일본 집단이 AMOVA test 및 계통유전학적 분석에서 유의한 유전적 차이가 있음을 보여주었다. 비록 분석에 사용된 도루묵 집단의 개체수가 적고, 일본 집단의 지역적 한계가 있었으나, 본 연구의 결과는 우리나라 동해안의 유용한 수산자원으로서 도루묵의 보존 및 유전적 특성을 규명하기 위한 구체적인 과학적 근거 자료로 사용 가능할 것이며, 나고야의정서에 대응하기 위한 우리나라 생물자원 주권 확보를 위한 기초자료로도 활용 가능할 것이라 생각된다. 앞으로 더욱 명확한 도루묵 집단의 유전적 유연관계 파악을 위해 여러 지역의 도루묵 시료의 채집과 충분한 시료 확보가 필요하며, 유전적 분석이 추가되어야 할 것으로 사료된다.
- 비록 분석에 사용된 도루묵 집단의 개체수가 적고, 일본 집단의 지역적 한계가 있었으나, 본 연구의 결과는 우리나라 동해안의 유용한 수산자원으로서 도루묵의 보존 및 유전적 특성을 규명하기 위한 구체적인 과학적 근거 자료로 사용 가능할 것이며, 나고야의정서에 대응하기 위한 우리나라 생물자원 주권 확보를 위한 기초자료로도 활용 가능할 것이라 생각된다. 앞으로 더욱 명확한 도루묵 집단의 유전적 유연관계 파악을 위해 여러 지역의 도루묵 시료의 채집과 충분한 시료 확보가 필요하며, 유전적 분석이 추가되어야 할 것으로 사료된다.
- 6%)에서 높은 빈도로 나타나 이들 두 haplotype이 한국 동해안과 일본 북해도 지역의 집단 차이를 나타내는 major haplotype임을 시사하였다. 특 히, Hap09는 한국의 동해안 지역에서만 관찰되어, 한국 동해 안과 일본 북해도 지역 도루묵 집단을 구분하는데 유용한 분자 마커로 활용될 가능성이 있을 것으로 예상된다(Table 2).
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