선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 해부학적 관찰을 통해 우리나라에 분포하는 방동사니속과 근연속 식물의 광합성 경로를 파악하고, 분자계통학적 유연관계와 함께 비교 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 재수화된 조직은 슬라이드글라스 위에서 면도날을 이용해 얇은 절편으로 자른 후, 실체현미경에서 광합성 조직의 분포(‘Kranz anatomy’)에 따라 광합성 경로의 유형을 결정하였다.
- 두 개의 독립적인 Markov Chain Monte Carlo run을 수행하였고, 각 run에는 4개의 chain이 포함되었으며, 1×107회를진행하였다.
- 증폭된 산물은 Gel & PCR 정제 키트(SolGent)로 정제한 후, BigDye Terminator v3.1 ready reaction mix (Applied Biosystems)와 ABI Prism 3730xl DNA analyzer (Applied Biosystems)를 이용하여 염기서열을 결정하였다.
- 해부학적 관찰을 위하여 석엽표본에서 분리한 잎이나 화서의 포는 0.1 N NaOH 수용액에 1시간 동안 담가두었다가, 조직이 충분이 부푼 후에 증류수에 1시간씩 2회의 세척과정을 통해 재수화하여 사용하였다(Shobe and Lersten, 1967). 재수화된 조직은 슬라이드글라스 위에서 면도날을 이용해 얇은 절편으로 자른 후, 실체현미경에서 광합성 조직의 분포(‘Kranz anatomy’)에 따라 광합성 경로의 유형을 결정하였다.
- 우리나라 방동사니속 식물의 분자계통학적 위치를 결정하고, 광합성경로와의 비교를 위하여 nrITS, 엽록체의 rbcL 유전자, trnL-F 구간의 염기서열을 결정하였다. DNA는 석엽표본이나 -70℃에 보관된 조직으로부터 CTAB 방법을 이용하여 추출되었다(Chen and Ronald, 1999).
- , 2009b; Jung and Choi, 2013). 계통분석에는 최대절약법(maximum parsimony method)과 베이즈 추론(Bayesian inference)을 이용하여 각 염기서열 자료(nrITS, 엽록체의 rbcL, 엽록체의 trnL-F)에 대하여 분석한 후, 세 염기서열자료를 병합하여 분석하였다. 최대절약법은 PAUP* 4.
- 0b10(Swofford, 2002)을 이용하여 구하였다. 각 branch의 지지도를 파악하기 위하여 bootstrap 분석(BS)을 1,000회 반복 실시하였으며, 분석조건은 최대저장계통수의 수를 1,000개로 제한한 것을 제외하고 최대절약법의 계통수 탐색조건과 동일하다.
- 방동사니속 18종과 근연속인 파대가리속 1종, 세대가리속 1종 총 20종의 잎이나 화서의 포에서 횡단면의 광합성 조직 분포 형태에 따라서 각 식물의 광합성 경로(즉, C3식물과 C4 식물)를 파악하였다. 이 중 16종은 유관속 주위에 엽록체가 집중된 것으로 관찰되어 C4 식물로 결정되었고, 나머지 4종은 엽록체가 표피 아래의 엽육 조직에 분포하는 것으로 확인되어 C3 식물로 결정하였다(Fig.
대상 데이터
- 본 연구의 해부학적 관찰과 염기서열 결정에는 아주대학교 표본관(AJOU)에 소장된 석엽표본을 이용하였으며, 광의의 방동사니속 18종과 근연속에 속하는 파대가리와 세대가리를 포함하여 총 20종을 대상으로 하였다(Appendix 1).
- 분자계통의 추론에는 본 연구에서 새로이 분석된 5종 12개의 염기서열과 선행연구에서 분석된 78분류군의 174개 염기서열이 함께 분석되었다(Appendix 2). 각 부위의 염기서열은 MUSCLE (Edgar, 2004)을 이용하여 다중 정렬하였으며, 이 과정에서 형성된 gap은 FastGap 1.
- 0b10 (Swofford 2002)을 이용하였고, 최소형질 변화 단계를 가진 계통수를 탐색하기 위해 heuristic search를 사용하였다. 계통수 탐색조건으로 simple addition sequence replicates, tree-bisection-recombination branch swapping을 설정하였고, 최대저장계통수의 수는 10,000개로 제한하였다. 계통수의 길이와 일관성지수(consistency index, CI), 유지지수(retention index, RI)는 PAUP* 4.
- Information of vouchers used for the anatomical observation and the molecular phylogenetic study. All specimens are deposited in Herbarium of Ajou University (AJOU).
데이터처리
- 매 1,000회 마다 각 ‘run’에서 계통수를 취하였고, 그 중 30%의 계통수는 우도(likelihood) 그래프와 split frequency에 따라서 ‘burn-in’과정에서 제외되었다. 나머지 계통수를 이용하여 50% 합의계통수를 작성하고 사후확률(posterior probability, PP)을 구하였다.
이론/모형
- 분자계통의 추론에는 본 연구에서 새로이 분석된 5종 12개의 염기서열과 선행연구에서 분석된 78분류군의 174개 염기서열이 함께 분석되었다(Appendix 2). 각 부위의 염기서열은 MUSCLE (Edgar, 2004)을 이용하여 다중 정렬하였으며, 이 과정에서 형성된 gap은 FastGap 1.2 (Borchsenius, 2009)을 이용하여 이진수 형질로 전환하였다. 내군은 CYPERUS 분계군의 13속 55종(국내 3속 20분류군)을 포함하였고, 외군으로는 사초과 전체의 계통분석에서 자매군으로 나타난 FICINIA 분계군의 5속 23종을 사용하였다(Muasya et al.
- 계통분석에는 최대절약법(maximum parsimony method)과 베이즈 추론(Bayesian inference)을 이용하여 각 염기서열 자료(nrITS, 엽록체의 rbcL, 엽록체의 trnL-F)에 대하여 분석한 후, 세 염기서열자료를 병합하여 분석하였다. 최대절약법은 PAUP* 4.0b10 (Swofford 2002)을 이용하였고, 최소형질 변화 단계를 가진 계통수를 탐색하기 위해 heuristic search를 사용하였다. 계통수 탐색조건으로 simple addition sequence replicates, tree-bisection-recombination branch swapping을 설정하였고, 최대저장계통수의 수는 10,000개로 제한하였다.
- 계통수 탐색조건으로 simple addition sequence replicates, tree-bisection-recombination branch swapping을 설정하였고, 최대저장계통수의 수는 10,000개로 제한하였다. 계통수의 길이와 일관성지수(consistency index, CI), 유지지수(retention index, RI)는 PAUP* 4.0b10(Swofford, 2002)을 이용하여 구하였다. 각 branch의 지지도를 파악하기 위하여 bootstrap 분석(BS)을 1,000회 반복 실시하였으며, 분석조건은 최대저장계통수의 수를 1,000개로 제한한 것을 제외하고 최대절약법의 계통수 탐색조건과 동일하다.
- 베이즈 추론에 근거한 계통수 작성을 위해, MrModeltest 2.3 (Nylander, 2004)과 PAUP* 4.0b10 (Swofford, 2002)를 사용해 세 염기서열 구간에 대한 염기치환 모델을 검토하고, Akaike information criterion (Posada and Buckley, 2004)에 따라서 선택하였다. 베이즈 추론은 MrBayes v3.
- 0b10 (Swofford, 2002)를 사용해 세 염기서열 구간에 대한 염기치환 모델을 검토하고, Akaike information criterion (Posada and Buckley, 2004)에 따라서 선택하였다. 베이즈 추론은 MrBayes v3.2 (Ronquist and Huelsenbeck, 2003)를 이용하여 수행하였으며, 각 구간에 대하여 선택된 염기치환모델을 적용하여 수행하였다. 두 개의 독립적인 Markov Chain Monte Carlo run을 수행하였고, 각 run에는 4개의 chain이 포함되었으며, 1×107회를진행하였다.
성능/효과
- Pycnostachys아속의 나머지 2종[서울방동사니 C. pacificus (Ohwi) Ohwi, 나도방동사니 C. nipponicus Franch. & Sav.]은 C4 식물로 확인되었다(Fig. 1P, Q).
- Pycnostachys아속의 6종 중 4종(알방동사니 C. difformis L., 병아리방동사니 C. flaccidus R. Br., 모기방동사니 C. haspan L., 우산방동사니 C. tenuispica Steud.)은 C3 식물로 확인되었다(Fig. 1L–O).
- Cyperus아속의 8종[방동사니 C. amuricus, 방동사니아재비 C. cyperoides (L.) Kuntze, 왕골 C. exaltatus Retz. var. iwasakii (Makino) T. Koyama, 물방동사니 C. glomeratus L., 참방동사니, 금방동사니 C. microiria Steud., 쇠방동사니 C. orthostachyus Franch. & Sav., 향부자 C. rotundus L.]은 모두 C4 식물이었다(Fig. 1D–K).
- 분류군 별로는 방동사니속의 5개 아속 중에서 Pycreus아속에 속하는 3종(드렁방동사니 Cyperus flavidus Retz., 갯방동사니 C. polystachyos Rottb., 방동사니대가리 C. sanguinolentus Vahl)은 C4 식물이었다(Fig. 1A–C).
- 1P, Q). Juncellus아속의 너도방동사니(C. serotinus Rottb.)는 C4 식물로 결정되었다(Fig. 1R). 파대가리속의 파대가리와 세대가리속의 세대가리도 모두 C4 식물로 확인되었다(Fig.
- 1R). 파대가리속의 파대가리와 세대가리속의 세대가리도 모두 C4 식물로 확인되었다(Fig. 1S, T).
- 1). 또한 세대가리와 파대가리는 C4식물로 확인되었다(Fig. 1). 우리나라의 방동사니속 식물 중 C3 광합성 경로를 지닌 식물은 Pycnostachys아속에 속하는 병아리방동사니, 모기방동사니, 우산방동사니, 알방동사니이다(Figs.
- 엽록체 trnL-F 구간의 염기서열은 805 bp(C. laevigatus L.)–1,008 bp (우산방동사니)의 길이변이가 있었으며, 다중정렬을 하였을 때 1,306 bp였고, gap coding 후에는 1,625개 형질로 전환되었으며, 이 중 801개 (49.3%)의 변이가 있었으며 342개(21.0%)가 유효한 형질이었다(Table 2).
- Pycreus아속의 3종(드렁방동사니, 갯방동사니, 방동사니 대가리)이 포함된 분계군은 금방동사니(Cyperus 아속)를 제외하고는 모두 Pycreus아속의 종들로 구성되었지만 약하게 지지되었다(PP=0.65, BS<50) (Fig. 2).
- 의 rbcL 유전자에만 3 bp의 결실이 있다(Table 2). 정렬 후에도 I. marginata를 제외한 다른 종에서는 gap이 발생하지 않았으며, 176개(13.6%)가 변이형질, 99개(7.6%)가 유효형질이었다(Table 2). 엽록체 trnL-F 구간의 염기서열은 805 bp(C.
- nrITS 염기서열자료에 근거해서 탐색한 최대절약계통 수는 3개(1,033 steps)였고, 엽록체 rbcL 유전자 자료에서는 293 step을 가진 계통수가 10,000개 이상 추정되었으며, 엽록체 trnL-F 구간의 경우에는 5,773개(1,332 steps)가 구해졌다(Table 2). 세 염기서열자료를 병합한 자료를 최대절약법으로 분석한 결과 2,726 step을 가진 계통수(CI=0.
- nrITS 염기서열자료에 근거해서 탐색한 최대절약계통 수는 3개(1,033 steps)였고, 엽록체 rbcL 유전자 자료에서는 293 step을 가진 계통수가 10,000개 이상 추정되었으며, 엽록체 trnL-F 구간의 경우에는 5,773개(1,332 steps)가 구해졌다(Table 2). 세 염기서열자료를 병합한 자료를 최대절약법으로 분석한 결과 2,726 step을 가진 계통수(CI=0.6145, RI=0.8029)가 10,000 개 이상 나타났다(Table 2).
- 최대절약분석법에 의해 세 구간의 염기서열로부터 각각 추정된 모든 합의계통수에서 FICINIA 분계군과 CYPERUS 분계군은 뚜렷이 구분되었으나, 방동사니속 및 근연속들의 유연관계에 대해서는 해상력이 낮게 나타났다(자료 생략).
- 베이즈 추론에 의한 50% 합의계통수에서 나타난 분계군들을 사후확률과 최대절약분석법에서 적용된 부트스트랩으로 평가한 결과, 방동사니족 내의 FICINIA 분계군과 CYPERUS 분계군의 구분은 강하게 지지되었다(PP=1.00, BS=98) (Fig. 2). CYPERUS 분계군 내에서 세대가리속 (PP=1.
- 2). CYPERUS 분계군 내에서 세대가리속 (PP=1.00, BS=88)과 Ascolepis속(PP=1.00, BS=86)은 단계통을 형성하였고 잘 지지되었지만, 방동사니속과 파대가리속, Kyllingiella속, Alinula속은 단계통을 형성하지 못하였다(Fig. 2). 우리나라 방동사니속 식물 중 Pycnostachys아속에 속하는 병아리방동사니, 모기방동사니, 우산방동사니는 가까운 유연관계를 나타내었고 강하게 지지되었으며(PP=1.
- 2). Cyperus아속에 속한 종들은 뚜렷한 분계군을 형성하지 못하였고 산재되어 있었으며, 나도방동사니와 서울방동사니만 강한 유연 관계를 보였다(PP=1.00, BS=100) (Fig. 2). Juncellus아속의 너도방동사니는 쇠방동사니(Cyperus아속)의 자매군으로 나타났고 강하게 지지되었다(PP=1.
- 2). Juncellus아속의 너도방동사니는 쇠방동사니(Cyperus아속)의 자매군으로 나타났고 강하게 지지되었다(PP=1.00, BS=97) (Fig. 2).
- 2). 해부학적 관찰을 통해 우리나라의 방동사니속 식물 4종은 C3 식물로 확인되었으며, 나머지 14종은 C4 식물로 관찰되었다(Fig. 1). 또한 세대가리와 파대가리는 C4식물로 확인되었다(Fig.
- 2. Bayesian majority-rule (50%) consensus tree with mean branch lengths based on combined data set of nrITS, rbcL, and trnL-F from 78 species of the tribe Cypereae (-lnL = 19,703.289). Numbers at branches indicate support values (Bayesian posterior probability [PP]/maximum parsimony bootstrap value [BS]).
후속연구
- , 2013). 따라서 C4 분계군에 속한 종들의 유연관계를 파악하여 방동사니족(Cypereae, Cyperaceae)의 분류체계를 정립하기 위해서는 많은 종의 검토와 형태학적, 발생학적 연구와 더불어 해상력이 높은 염기서열 부위를 이용한 면밀한 분자계통학적 분석이 필요한 것으로 여겨진다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.