열대피와 같은 논농사지역의 악성잡초는 국내에 유입될 경우 문제 잡초로 정착될 가능성이 높기 때문에 유입되는 초기에 방제가 될수 있도록 정확한 동정이 되어야한다. 그러나 피속 잡초는 형태적으로 연속변이가 많이 존재하여 종간 구별이 매우 어려운 잡초이다. 본 연구는 미국 NPGS에서 분양받은 열대피와 국내에서 채집한 돌피와 논피를 고등식물 표준바코드 마커 rbcL과 matK를 이용하여 바코드하고, 추가적으로 핵 DNA ITS 부위를 바코드하여 표준바코드 구간과 ITS 구간의 열대피를 동정할 수 있는 능력과 바코드 활용성을 비교하였다. 바코드 결과, rbcL은 0.36%, matK는 0.29%, ITS는 3.2%의 열대피 특이 염기서열이 조사되었고 Neighbor-joining 계통수에서 종별 유집이 뚜렷하게 나타나 표준바코드 마커와 ITS 모두 쉽고 간편하게 열대피를 국내의 돌피, 논피와 동정할 수 있었다. 특히 ITS는 분석구간은 짧지만 열대피를 국내의 논피, 돌피와 정확하게 구분해낼 수 있어서 ITS 단독으로 국내에 유입되는 열대피 동정에 활용할 수 있을 것으로 생각한다.
열대피와 같은 논농사지역의 악성잡초는 국내에 유입될 경우 문제 잡초로 정착될 가능성이 높기 때문에 유입되는 초기에 방제가 될수 있도록 정확한 동정이 되어야한다. 그러나 피속 잡초는 형태적으로 연속변이가 많이 존재하여 종간 구별이 매우 어려운 잡초이다. 본 연구는 미국 NPGS에서 분양받은 열대피와 국내에서 채집한 돌피와 논피를 고등식물 표준바코드 마커 rbcL과 matK를 이용하여 바코드하고, 추가적으로 핵 DNA ITS 부위를 바코드하여 표준바코드 구간과 ITS 구간의 열대피를 동정할 수 있는 능력과 바코드 활용성을 비교하였다. 바코드 결과, rbcL은 0.36%, matK는 0.29%, ITS는 3.2%의 열대피 특이 염기서열이 조사되었고 Neighbor-joining 계통수에서 종별 유집이 뚜렷하게 나타나 표준바코드 마커와 ITS 모두 쉽고 간편하게 열대피를 국내의 돌피, 논피와 동정할 수 있었다. 특히 ITS는 분석구간은 짧지만 열대피를 국내의 논피, 돌피와 정확하게 구분해낼 수 있어서 ITS 단독으로 국내에 유입되는 열대피 동정에 활용할 수 있을 것으로 생각한다.
Echinochloa colona is one of the most problematic weeds in the paddy fields of the world. In recent years, this species is likely to be introduced in Korea due to global warming, the expansion of international trade including agricultural products, and increasing tourists. We tried to identify the s...
Echinochloa colona is one of the most problematic weeds in the paddy fields of the world. In recent years, this species is likely to be introduced in Korea due to global warming, the expansion of international trade including agricultural products, and increasing tourists. We tried to identify the species from Korean Echinochloa crus-galli and E. oryzicola in order to establish the control measures in case of the initial influx. For this study, Echinochloa colona collected from the National Plant Germplasm System, USA were examined and E. crus-galli and E. oryzicola were collected in Korea. It is, however, very difficult to identify for Echinochloa species using morphological characters because of numerous interspecific and intraspecific types found in nature. Thus, we barcoded the species using rbcL, matK, and ITS. All three markers identified E. colona very well from the others. ITS alone may be enough as a DNA barcode for E. colona identification, when considering cost and effectiveness. The barcode sequences were deposited to the National Center for Biotechnology Information database for public use.
Echinochloa colona is one of the most problematic weeds in the paddy fields of the world. In recent years, this species is likely to be introduced in Korea due to global warming, the expansion of international trade including agricultural products, and increasing tourists. We tried to identify the species from Korean Echinochloa crus-galli and E. oryzicola in order to establish the control measures in case of the initial influx. For this study, Echinochloa colona collected from the National Plant Germplasm System, USA were examined and E. crus-galli and E. oryzicola were collected in Korea. It is, however, very difficult to identify for Echinochloa species using morphological characters because of numerous interspecific and intraspecific types found in nature. Thus, we barcoded the species using rbcL, matK, and ITS. All three markers identified E. colona very well from the others. ITS alone may be enough as a DNA barcode for E. colona identification, when considering cost and effectiveness. The barcode sequences were deposited to the National Center for Biotechnology Information database for public use.
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문제 정의
(2003)에 의해 제안되어 생물다양성협약(Convention on Biodiversity) GTI 9조 및 13조 에서 권고하는 표준 종 동정 방법인 DNA 바코드는 돌피속과 같이 형태적으로 분류가 어려운 종을 비교적 짧은 시간에 객관적으로 동정할 수 있는 강력한 대안으로 이용되고 있다. 외국원산 열대피와, 국내 논피, 돌피를 DNA 바코드하고 그 정보를 데이터베이스화 하여 열대피가 국내에 도입될 경우 빠르게 동정에 활용할 수 있도록 본 연구를 수행하였다.
제안 방법
고등식물 표준 바코드 마커와 ITS 염기서열을 이용하여 종간 pairwise sequence divergence를 산출하였으며 이를 기초로 Neighbor-joining (NJ) 계통수를 작성하였다(Fig. 1).
전체 게놈 DNA는 종자를 파종 후 4~5엽기에 생체를 채집하여 Genomic DNA isolation kit (NucleoGen, Germany)를 이용하여 동봉되어있는 프로토콜에 따라 추출하였으며, 추출한 DNA는 Nanodrop ND-1000을 이용하여 DNA의 농도와 순도를 측정한 후 25 ng μL-1로 맞추어 PCR 증폭에 이용하였다. PCR 증폭반응과 증폭온도는 Lee et al.
대상 데이터
, 2013). 바코드 염기서열은 미국의 국립생물공학정보센터(National Center for Biotechnology Information)에 제출하여 GenBank 번호를 부여받았다.
본 연구에 이용된 열대피는 미국, 인도, 이스라엘, 에디오피아, 남아프리공화국 원산의 6종이었고, 국내에서 채집한 논피 2점, 외부형태가 다양한 돌피 4점이 포함되었다. 열대피는 미국 National Plant Germplasm System (NPGS)에서 종자를 분양받아 국립농업과학원 온실에서 파종하여 식물체를 얻었으며, 돌피와 논피는 국내에서 직접 수집하였다(Table 1).
본 연구에 이용된 열대피는 미국, 인도, 이스라엘, 에디오피아, 남아프리공화국 원산의 6종이었고, 국내에서 채집한 논피 2점, 외부형태가 다양한 돌피 4점이 포함되었다. 열대피는 미국 National Plant Germplasm System (NPGS)에서 종자를 분양받아 국립농업과학원 온실에서 파종하여 식물체를 얻었으며, 돌피와 논피는 국내에서 직접 수집하였다(Table 1). 본 연구에 이용한 식물재료의 확증표본은 국립농업과학원 식물균류표본보존센터(HCCN)에 보관하였다.
데이터처리
5 (CodonCode Corp, Dedham, MA, USA)를 이용하여 contig를 작성하고, contig들은 Clustal W를 이용하여 정렬한 후 육안 편집을 거쳤다. 종간 염기서열 차이는 육안으로 확인하였으며 MEGA 6.06 프로그램으로 Kimura-2-parameter distance model을 적용하여 Neighbor-joining 계통수를 작성하여 종을 구별하였다(Saitou and Nei, 1987; Tamura et al., 2013). 바코드 염기서열은 미국의 국립생물공학정보센터(National Center for Biotechnology Information)에 제출하여 GenBank 번호를 부여받았다.
성능/효과
36%)을 갖는 것으로 나타났다. rbcL, matK, ITS의 단일 NJ 계통수와 이들 조합의 계통수 모두 열대피를 국내의 논피, 돌피와 구분하는데 성공하였다.
고등식물의 표준 바코드 구간인 엽록체 DNA의 rbcL 유전자로 분석한 결과 열대피와 국내 돌피, 논피와는 분석된 염기서열 1096 bp 중에 744번째 염기서열 A가 T로, 774번째 염기서열 T가 C로, 858번째 염기서열 A가 T로, 984번째 염기서열 T가 C로의 치환이 발견되어 0.36%의 치환이 있었다. 또한, 137번째 염기서열 A가 T로 치환된 논피 특이 염기서열이 발견되었다(Table 2).
특히 피속 잡초는 연속변이를 포함하는 형태적 특징들 때문에 정확한 종동정이 매우 어려운 실정이다. 그러므로 DNA 바코드를 이용한 동정은 매우 유용한 대안이 될 수 있다.
염기서열 변이가 가장 높은 것으로 알려진 ITS2 구간에서는 2 bp의 삽입 또는 결실부위가 발견되었고, 9 bp의 염기서열 치환이 조사되었다. 그러므로 ITS 구간 전체에서 열대피는 국내의 돌피, 논피와 비교하였을 때 3 bp의 삽입 또는 결실부위와 19 bp의 염기서열 치환이 조사되어 분석된 589 bp의 3.2%의 염기서열 치환율을 나타냈다(Table 2). 논피 또는 돌피 특이 염기서열은 발견되지 않았다.
특히 비교적 긴 구간을 분석해야하는 cpDNA의 rbcL과 matK 이외에 비교적 짧은 부위인 핵 DNA의 ITS만으로도 열대피의 정확한 동정이 가능하다. 그러므로 열대피로 의심되는 생태형을 발견할 경우 ITS 부위를 단독으로 이용하면 쉽고 빠르고 낮은 비용으로 정확하게 동정할 수 있을 것으로 생각한다.
열대피는 DNA 바코드로 빠른 시간 내에 정확하게 종 동정이 가능하기 때문에 국내에서 열대피로 의심되는 생태형이 발견될 경우, 바코드를 활용하면 정확한 종동정을 할 수 있다. 특히 비교적 긴 구간을 분석해야하는 cpDNA의 rbcL과 matK 이외에 비교적 짧은 부위인 핵 DNA의 ITS만으로도 열대피의 정확한 동정이 가능하다.
열대피는 DNA 바코드로 빠른 시간 내에 정확하게 종 동정이 가능하기 때문에 국내에서 열대피로 의심되는 생태형이 발견될 경우, 바코드를 활용하면 정확한 종동정을 할 수 있다. 특히 비교적 긴 구간을 분석해야하는 cpDNA의 rbcL과 matK 이외에 비교적 짧은 부위인 핵 DNA의 ITS만으로도 열대피의 정확한 동정이 가능하다. 그러므로 열대피로 의심되는 생태형을 발견할 경우 ITS 부위를 단독으로 이용하면 쉽고 빠르고 낮은 비용으로 정확하게 동정할 수 있을 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 열대피와 같은 논농사지역의 악성잡초를 유입 초기에 막아야 하는 이유는?
열대피와 같은 논농사지역의 악성잡초는 국내에 유입될 경우 문제 잡초로 정착될 가능성이 높기 때문에 유입되는 초기에 방제가 될수 있도록 정확한 동정이 되어야한다. 그러나 피속 잡초는 형태적으로 연속변이가 많이 존재하여 종간 구별이 매우 어려운 잡초이다.
돌피속의 일부 종 중에 특히 악성잡초로 알려진 것들은 무엇인가?
따라서 돌피속의 일부 종들은 여전히 학명까지 혼동되어 사용되고 있다. 그 중 돌피(E. crus-galli (L.) P. Beauv), 열대피(E. colona (L.) Link), 논피(E. oryzicola (Vasinger) Vasinger) 등은 특히 논에서 악성잡초로 알려져 있다. 이런 잡초들은 벼와 닮은 형태, 매우 빠른 발아력, 신속한 성장력, 풍부한 종자 생산력과 같은 광범위한 생태적 내성에 의해 과거 60여년 이상 악성잡초로 문제시되어 왔다(Barrett, 1983).
돌피속(Echinochloa (L.) P. Beauv.) 식물의 특징은?
외부형태적으로 뚜렷한 형질이 없어 동정하기 매우 어려운 돌피속(Echinochloa (L.) P. Beauv.) 식물은 전 세계적으로 약 30~40여 종이 온대, 아열대, 열대에 골고루 분포하는 것으로 알려져 있다(Clayton and Renvoize, 1999). 돌피속은 소수의 형태와 서식지 등의 특징으로 주로 동정해왔으나 이런 형태적 특징은 종간, 종내 변이가 매우 심하여 많은 나라에서 본 속의 종동정에 각기 다른 동정체계를 따르고 있다(Mennan and Kaya-Altop, 2012).
참고문헌 (21)
Barrett, S.C.H. 1983. Crop mimicry in weeds. Econ. Bot. 37:255-282.
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Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A. and Kumar, S. 2013. MEGA6: Molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Mol. Biol. Evol. 30:2725-2729.
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