[논문]제주도 개가시나무의 유전구조와 유전적 다양성

김고운; 장경수; 임형우; 김은혜; 이계한

doi:10.14578/jkfs.2018.107.2.151

제주도 개가시나무의 유전구조와 유전적 다양성
Genetic Diversity of Quercus gilva in Je-ju Island 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.107 no.2, 2018년, pp.151 - 157

김고운 (전남대학교 산림자원학부) , 장경수 (전남대학교 산림자원학부) , 임형우 (전남대학교 산림자원학부) , 김은혜 (서울여자대학교 화학생명환경과학부) , 이계한 (전남대학교 산림자원학부)

초록
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본 연구는 제주도에 생육하고 있는 개가시나무(Quercus gilva Blume)에 대한 유전적 다양성을 분석하여 보전전략을 수립하기 위한 기초데이터 마련을 목적으로 하였다. 제주도 내 5집단 80개체를 대상으로 ISSR (Inter Simple Sequence Repeat) 분석을 시행하였다. 총 6개의 ISSR 프라이머를 이용하여 72개의 증폭산물을 관찰하였으며 그 중 67개의 증폭산물이 다형성이 있는 것으로 나타났다. 집단 수준에서의 다형적 유전자좌의 비율은 93%로 나타났으며, S.I. (Shannon's information index)=0.237, h (Nei's genetic diversity)=0.156로 나타났다. AMOVA 분석 결과 $F_{st}$는 0.169의 값을 보여 집단 간 분화가 큼을 나타냈다. 전체 유전변이의 17%가 집단 간 차이, 나머지 83%는 집단 내 개체 간에 존재하는 것으로 보여 집단 간의 변이보다 집단 내 변이가 더 큰 것으로 나타났다. 이와 같은 연구결과를 바탕으로 개가시나무 서식지의 산림유전자원보호구역 지정 및 지속적인 모니터링, 생육환경의 개선을 통한 치수의 생장력 강화, 현지 외 유전자원 보전 및 현지 외 개체군과의 환경적 유전적 차이 비교를 통한 보전방안을 마련해야할 필요성이 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was to analyze the genetic diversity of Quercus gilva Blume growing in Jeju Island for developing a preservation strategy. We examined the genetic diversity and structure using 6 ISSR primers and investigated 67 polymorphic ISSR amplicons in 80 trees distributed among five populations. The average of proportion of polymorphic loci were 93%, the average level of Shannon's information index was 0.237, and Nei's genetic diversity was 0.156. According to the analysis of the molecular variance (AMOVA), $F_{st}$ was 0.169 indicating there was a genetic variation among five populations. 17% of the total variation was allocated among the five populations, while the other 83% of the total variation was in individual trees in each population. The result could be due to the uneven number of trees among the five populations. Based on these results, the preservation strategy could be developed, for examples, considering for designation as "forest genetic resources conservation area" about the habitat, monitoring continuously, fostering the growth of seedling, ex situ preservation of genetic resources, and comparing the differences of environmental and genetic characteristic with population in ex situ.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2001) 이루어졌으나, 분포와 생태에 대한 연구에 비해 유전적 다양성에 관한 연구는 한경면일대에 한정되어 부분적으로 이루어져있다. 따라서, 본 연구는 제주도에 자생하고 있는 개가시나무에 대한 유전적 다양성을 분석하여 향후 보전전략을 수립하기 위한 기초데이터 마련을 목적으로 하였다.

제안 방법

이 후 gel을 ethidium bromide 용액으로 정색하여 UV trans-illuminator 상에서 촬영하였다. 발현된 증폭 산물은 GeneRuler™ 100bp Plus DNA Ladder (Thermo Scientific™, USA)를 기준으로 발현된 밴드의 유무를 판정해 data matrix를 작성하였다.
총 72개의 ISSR Primer를 이용하여 예비실험을 거친 후 재현성이 뚜렷한 6개 primer를 이용하여 실험을 진행하였다. 발현된 83개의 증폭산물 중 재현성이 뚜렷한 72개의 증폭산물을 대상으로 분석한 결과 전 개체에서 모두 관찰된 5개의 산물을 제외한 67개의 유전자좌에 다형성이 있는 것으로 나타났다.

대상 데이터

한경면 저지리와 청수리, 서귀포시 구억리와 화순리 집단은 해발 115-154 m 범위에서, 서귀포시 남원읍 하례리 집단은 해발 216-326 m에 걸쳐 분포하였고 전반적으로 경사가 완만하고 표양토층이 발달하지 않은 토양에서 서식하고 있었다. 5개 집단에서 발견한 총 80개체의 성목에서 유전적 다양성을 분석하기 위해 소량의 잎을 채집하였다(Figure 1, Table 1).
조사와 샘플채취는 제주도 개가시나무 분포에 대한 선행연구(Hyun et al., 2014) 결과인 총 677개체 중 조사지점이 뚜렷한 곳의 성목을 대상으로 하였다. 제주도 서부 및 남부지역의 총 5집단(저지리, 청수리, 구억리, 하례리, 화순리)으로 각 집단 간은 1.

데이터처리

POPGENE ver. 1.31 program(Yeh et al., 1999)을 이용하여 다형적 유전자좌의 비율(P), Shannon’s information index(S.I.; Shannon and Weaver, 1949), Nei의 유전자 다양성(h; Nei, 1973) 등을 산출하였고, Nei의 유전적 거리(Nei, 1978)에 기초하여 PHYLIP ver. 3.5 (Felsenstein, 1993)의 NEIGHBOR 프로그램을 이용해 UPGMA (Sneath and sokal, 1973)으로 유집한 후 dendrogram으로 표현하였다. 또한 Arlequin 3.
5 (Felsenstein, 1993)의 NEIGHBOR 프로그램을 이용해 UPGMA (Sneath and sokal, 1973)으로 유집한 후 dendrogram으로 표현하였다. 또한 Arlequin 3.1 (Excoffier and Schneider, 2005)를 통해 유전변이의 분화정도를 알아보기 위한 AMOVA (analysis of molecular variance)분석을 수행하였다.

이론/모형

채집한 엽 시료를 막자사발을 이용하여 마쇄 후 Dolye and Dolye(1987)의 CTAB 방법을 수정한 Saghai-Maroof et al.(1984)의 방법을 이용하여 DNA를 추출하였다. 그 후 총 72개의 primer (UBC biotechnology laboratory primers, University of British Columbia)를 사용하여 예비실험을 실시한 결과 재현성이 높은 6개의 primer를 선정하여 실험에 사용하였다(Table 2).

성능/효과

390의 값으로 나타났으며, 집단별로는 구억리와 저지리 집단이 다른 집단에 비해 비교적 높은 값을 보였다. 유전구조 분석결과 전체 유전변이의 약 17%가 집단 간 차이에 기인하고, 83%는 집단 내 개체 간에 존재함을 보였으며, Fst값은 0.169의 수치를 보여 집단 간에 분화가 일어난 것으로 판단되었다.
제주도 내 제한적으로 분포하는 개가시나무(Quercus gilva Blume) 5집단 80개체를 대상으로 유전적다양성 및 구조에 대해 ISSR(Inter Simple Sequence Repeat)분석을 실시한 결과, 유전적 다양성의 평균은 P(Percent of polymerphic loci)=93%, h(Nei’s genetic diversity)=0.248, S.I.(Shannon’s information index)=0.390의 값으로 나타났으며, 집단별로는 구억리와 저지리 집단이 다른 집단에 비해 비교적 높은 값을 보였다. 유전구조 분석결과 전체 유전변이의 약 17%가 집단 간 차이에 기인하고, 83%는 집단 내 개체 간에 존재함을 보였으며, Fst값은 0.

후속연구

본 연구의 결과를 해석하였을 때 제주도라는 한정된 지역에서 작은 집단으로 분포하는 개가시나무의 유전다양성의 증폭이 필요할 것으로 간주되며, 추후 개가시나무의 서식지에 대한 산림유전자원보호구역지정 및 지속적인 모니터링, 생육환경 개선이 필요할 것으로 사료된다. 또한 제주도를 제외한 남부도서지역의 개가시나무 분포위치에 대한 정확한 조사를 추가적으로 진행하여, 제주도 외 개체군과의 환경적· 유전적 차이에 대한 연구를 통한 보전전략 수립이 필요한 것으로 판단되며, 본 연구는 그에 있어 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
정확한 보호방안을 마련하기 위해서는 자연 서식지에서의 식생구조와 치수발생 상황을 조사하고 개가시나무의 고립원인을 규명하는 체계적인 연구가 필요하다. 본 연구의 결과를 해석하였을 때 제주도라는 한정된 지역에서 작은 집단으로 분포하는 개가시나무의 유전다양성의 증폭이 필요할 것으로 간주되며, 추후 개가시나무의 서식지에 대한 산림유전자원보호구역지정 및 지속적인 모니터링, 생육환경 개선이 필요할 것으로 사료된다. 또한 제주도를 제외한 남부도서지역의 개가시나무 분포위치에 대한 정확한 조사를 추가적으로 진행하여, 제주도 외 개체군과의 환경적· 유전적 차이에 대한 연구를 통한 보전전략 수립이 필요한 것으로 판단되며, 본 연구는 그에 있어 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 개가시나무 개체는 어디에서 자생하고 있는가?	국내 개가시나무 개체의 대부분은 제주도 일부 저지대 상록활엽수림을 중심으로 자생하고 있는데, 그 중에서도 특히 서남부지역인 한경면과 안덕면 일대의 상록활엽수림에 집중 분포한다(Kim, 2006). 환경부가 지정한 식물구계학적 특정식물의 V등급(생태적 환경 등의 이유로 고립하거나 불연속적으로 분포하는 분류군)에 해당하며, 서식지가 대규모 개발에 의하여 파괴 되는 등의 위협요인으로 개체수가 크게 감소될 것으로 우려되어 멸종위기야생식물 Ⅱ급으로 지정되어있다(Ministry of Environment, 2012).
	개가시나무가 가구재, 기계재 등 목재자원으로 이용가치가 있는 이유는 무엇인가?	일본과 중국, 타이완과 한국의 남부도서지역에 주로 분포하고, 재질이 연하여 신축성과 가공성이 우수하기 때문에 가구재, 기계재, 신탄재 등의 목재자원으로 이용되며, 일본에서는 이미 조경수로 각광받고 있을 뿐만 아니라 잎에 카테민, 티로솔과 같은 항산화성분을 함유하고 있어 천연 항산화제로의 개발 가능성을 가진 수종이다(Kang et al., 2013; Moon et al.
	개가시나무는 어떤 식물인가?	개가시나무(Quercus gilva Blume.)는 참나무과(Fagaceae) 참나무속(Quercus)에 속하는 상록성 교목으로 수고는 20∼30 m, 직경은 1.5∼2 m까지 자란다.

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저자의 다른 논문 :

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].

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