[논문]팥나방(Matsumuraeses phaseoli)과 어리팥나방(M. falcana)의 종간 교잡과 접합후 생식격리

정진교; 박창규; 문중경; 김은영; 조점래; 서보윤

doi:10.5656/ksae.2019.11.0.056

팥나방(Matsumuraeses phaseoli)과 어리팥나방(M. falcana)의 종간 교잡과 접합후 생식격리
Interspecific Hybridization between Matsumuraeses phaseoli and M. falcana (Lepidoptera: Tortricidae) and Postzygotic Reproductive Isolation 원문보기

한국응용곤충학회지 = Korean journal of applied entomology, v.58 no.4, 2019년, pp.305 - 311

정진교 (국립식량과학원 재배환경과) , 박창규 (한국농수산대학) , 문중경 (국립농업과학원 기획조정과) , 김은영 (국립식량과학원 재배환경과) , 조점래 (국립농업과학원 작물보호과) , 서보윤 (국립농업과학원 작물보호과)

초록
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동소동속종인 팥나방(Matsumuraeses phaseoli)과 어리팥나방(M. falcana)(나비목: 잎말이나방과) 사이에 교잡 가능성을 알아보기 위해서 실험실에서 인위적으로 두 종을 교잡시켰다. 두 종의 암수를 교차하여 교미시켰을 때, F1 잡종세대가 발생하였다. 두 잡종세대 집단을 집단 내 및 집단 간 암수를 교차하여 교미시킨 경우들에서, 팥나방 암컷과 어리팥나방 수컷이 교잡되어 생성된 F1 잡종세대 집단(H집단)의 암컷이 같은 집단의 수컷 혹은 다른 집단의 수컷과 교미되었을 때, F2 후대를 거의 생성하지 못했다. 다른 집단으로 만들어진 F2 세대는 집단 내 교미에서 F3 세대를 생성시켰다. F1 잡종세대 집단 암수와 팥나방 혹은 어리팥나방 암수를 각각 교차하여 교미시킨 역교잡 8개 집단 중에서도 H집단의 암컷과 짝지어진 어미세대 수컷 집단 2개는 전혀 산란하지 못했다. 후대가 생성된 다른 6개 집단은 모두 집단 내 암수 교미에서 역교잡 F2 세대를 생성하였다. 이 결과는 팥나방 암컷과 어리팥나방 수컷이 교미하였을 경우 F1 후대잡종을 생성할 수 있으나, 이 F1 후대잡종 암컷은 불임이 되는 것을 나타냈다. 결과적으로 두 종 사이에 접합후 생식단계에서 부분적인 생식격리가 발생할 수 있는 것을 나타냈다.

Abstract ▼ AI-Helper

Artificial interspecific matings between Matsumuraeses phaseoli and M. falcana (Lepidoptera: Tortricidae) were conducted to know the possibility of hybridization of the two sympatric species. Reciprocal crossings successfully produced F1 hybrids. Most of F2 crosses yielded progenies except all mating trials with females of F1 hybrid obtained from M. phaseoli female. Inbreedings of the F2 hybrids produced F3 progenies. In backcrossings between F1 hybrids and parent lines, all the two mating trials with females of F1 hybrid obtained from M. phaseoli females did not produce any progeny, while other 6 backcrosses produced the next generations. Inbreedings of the backcross lines also produced subsequent progenies. These results indicated that F1 females produced from hybridization between M. phaseoli females and M. falcana males were sterile. Conclusively, it suggested that a partial reproductive isolation at a postzygotic stage can occur between the two sympatric species.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Interspecific-crossing (A) and backcrossing (B) between Matsumuraeses phaseoli and M. falcana.
표 Table 1. F1 offspring production in intra- and inter-specific breedings between Matsumuraeses phaseoli (P) and M. falcana (F)
표 Table 2. F2 offspring production in intra- and inter-colony breedings using F1 hybrids of M. phaseoli and M. falcana
표 Table 3. F3 offspring production in intra-colony breedings using F2 hybrids between Matsumuraeses phaseoli and M. falcana
표 Table 4. BCF1 offspring production in backcrossings between hybrids of Matsumuraeses phaseoli and M. falcana and their parents
표 Table 5. BCF2 offspring production in intra-colony breedings using BCF1 colonies

AI 본문요약
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문제 정의

, 2005) 때문에, 시간적 혹은 물리적 생식 장벽이 크지 않을 수도 있다고 가정되었다. 이에 본 연구에서는 두 종의 접합전 생식격리 장벽이 크지 않은 것을 가정하고, 접합후 생식 격리가 일어날 수 있는가 알기 위해, 두 종을 인위적으로 교잡시켜 실제 후대가 생성되는가를 조사하였다.

제안 방법

교잡 방법으로 먼저 어미세대인 팥나방(P)과 어리팥나방(F) 두 종의 암수를 종간 교차하여 교미시키는 두 개 집단인 H집단[PF: 팥나방 암컷(P) × 어리팥나방 수컷(F), 앞 글자가 그 종(혹은 집단)의 암컷, 뒤 글자는 그 종(혹은 집단)의 수컷임, 12쌍 반복]과 C집단[FP: 어리팥나방 암컷(F) × 팥나방 수컷(P), 19쌍 반복]을 만들었다(Fig. 1A). 각 집단에서 어미세대 성충이 사망할 때까지 매일 산란을 관찰하였고, 산란된 교미상은 산란 당일 새로운 것으로 교환하였다.
위 네 경우의 교미집단에 대해 F1 세대 유충을 생성한 것을 기준으로 교미율과 산란전 기간, 산란기간, 암컷당 산란수를 산출하였다. F1 세대에 대해서는 알기간과 알 사망률, 유충 기간, 용 기간, 용 사망률, 우화 성충 성비를 산출하였다.
종간 교잡에서 얻은 두 F1 세대 집단(H, C)들의 암수 각각을 팥나방(P)과 어리팥나방(F) 암수와 교차하여 교미시키는 8개 집단(HP, HF, PH, FH, PC, CP, CF, FC)을 만들었다(Fig. 1B). 집단별로 15쌍씩 교미시켰고, 후대 유충을 생성한 교미쌍으로 교미율을 산출하였다.

대상 데이터

phaseoli) 집단은 2004년 8월 말 수원의 팥 포장(37°16'N 126°59'E)에서 꽃과 꼬투리에서 채집된 유충들로부터 형성시켰다. 어리팥나방(M. falcana) 집단은 2008년 7월 3일 전남 무안 콩 포장(34°55'N, 126°25'E)에서 어린 순을 가해하는 유충을 채집하여 형성하였다. 두 종 유충은 동일한 인공사료(Heo et al.
팥나방(M. phaseoli) 집단은 2004년 8월 말 수원의 팥 포장(37°16'N 126°59'E)에서 꽃과 꼬투리에서 채집된 유충들로부터 형성시켰다. 어리팥나방(M.

데이터처리

반복이 있는 자료의 경우 SAS Proc GLM (SAS Institute, 2008)으로 분산분석 후 처리간 평균 차이의 유의성을 검정한 후, Tukey 검정으로 95% 유의수준에서 평균간 차이를 비교하였다. 반복이 없는 경우 처리 사이에 차이가 없다는 가정 아래 SAS Proc FREQ (SAS Institute, 2008)로 카이제곱검정을 하여 처리 사이 값 차이의 유의성을 분석하였다.
반복이 있는 자료의 경우 SAS Proc GLM (SAS Institute, 2008)으로 분산분석 후 처리간 평균 차이의 유의성을 검정한 후, Tukey 검정으로 95% 유의수준에서 평균간 차이를 비교하였다. 반복이 없는 경우 처리 사이에 차이가 없다는 가정 아래 SAS Proc FREQ (SAS Institute, 2008)로 카이제곱검정을 하여 처리 사이 값 차이의 유의성을 분석하였다.

성능/효과

이는 접합후 생식격리 중 F1 세대의 불임에 해당한다(Dobzhansky, 1970). 따라서 본 연구에서 교잡집단 사이에 발육특성이 후대 잡종 생성에 구체적으로 미친 영향이 어떤 것인지 혹은 생명력이 있던 잡종세대를 세대를 거듭하여 유지할 수 있는지를 확인하지 않았으나, 적어도 팥나방과 어리팥나방이 교잡되어 형성될 수 있는 잡종세대 일부에서 세대를 이어가는 것이 반드시 실패할 것이 확인되었다. 즉 팥나방과 어리팥나방이 접합후 생식격리가 부분적으로 발생할 수 있는 결과를 나타냈다.
즉, HH 교잡집단은 총 38 개의 교미쌍 중에서 단 하나의 교미쌍에서 6 마리의 유충이 생성되었으나, 전부 용화하지 못했고, HC집단은 F2 세대 성충이 총 28 개의 교미쌍 중에서 세 교미쌍에서만 18 마리가 생성되었으나 성비가 극단적으로 편향되어 다음 세대 교잡을 성공시킬 수 없었다. 그러나 어리팥나방이 모계로 생성된 F1 잡종 집단은 F2 세대 자손을 성공적으로 생성시킬 수 있었고,이 F2 세대의 집단 내 교잡으로 F3 세대 유충을 생성시킬 수 있었다(Table 2, 3). 유사한 현상이 역교배에서도 발생되었는데, 팥나방 암컷이 모계로 생성된 F1 잡종세대(H 집단)의 암컷은 어미세대인 팥나방이나 어리팥나방 수컷과의 역교잡에서 역교잡 F1 후대 유충을 전혀 생성하지 못했고, 다른 경우의 여섯 집단은 모두 성공적으로 후대를 생성하였다(Table 4, 5).
유사한 현상이 역교배에서도 발생되었는데, 팥나방 암컷이 모계로 생성된 F1 잡종세대(H 집단)의 암컷은 어미세대인 팥나방이나 어리팥나방 수컷과의 역교잡에서 역교잡 F1 후대 유충을 전혀 생성하지 못했고, 다른 경우의 여섯 집단은 모두 성공적으로 후대를 생성하였다(Table 4, 5). 이상의 결과는 두 종간의 F1 잡종 집단 중의 하나인 H 집단 암컷이 어미세대 혹은 같은 F1 세대 다른 집단과 교미 자체가 불가능하거나, 교미를 하여 일부 유충이 생성되었어도 이후 생명력이 없어지는 것을 나타냈다. 이는 접합후 생식격리 중 F1 세대의 불임에 해당한다(Dobzhansky, 1970).
그러나 F1 잡종세대를 이용하여 집단 내 혹은 집단 간 교잡을 시켰을 경우, 어미세대에서 팥나방 암컷과 어리팥나방 수컷 사이 교잡으로 생성된 집단의 암컷이 교미된 두 개 집단(HH와 HC), 즉 팥나방을 모계로 하여 만들어진 집단은 F2 세대를 거의 생산하지 못하는 교잡 불일치성을 보였다(Table 2). 즉, HH 교잡집단은 총 38 개의 교미쌍 중에서 단 하나의 교미쌍에서 6 마리의 유충이 생성되었으나, 전부 용화하지 못했고, HC집단은 F2 세대 성충이 총 28 개의 교미쌍 중에서 세 교미쌍에서만 18 마리가 생성되었으나 성비가 극단적으로 편향되어 다음 세대 교잡을 성공시킬 수 없었다. 그러나 어리팥나방이 모계로 생성된 F1 잡종 집단은 F2 세대 자손을 성공적으로 생성시킬 수 있었고,이 F2 세대의 집단 내 교잡으로 F3 세대 유충을 생성시킬 수 있었다(Table 2, 3).

후속연구

별도로, 본 연구에 이어 두 종의 접합전 생식격리의 불완전성에 대한 실험 결과를 보고할 예정으로, 본 연구의 접합후 생식격리 결과와 함께 두 종의 생식격리 메커니즘에 대해 고찰할 것이다.
, 2003)에 따라, H 집단 암컷이 차세대를 형성하는 감수분열 분열 과정에서 염색체 불일치로 인해 생식세포 형성에 문제가 일어나기 때문으로 추정될 수 있다. 정확한 메커니즘 해명을 위해서는 향후 표현형들에 대한 구체적 분석에 더해 세포와 기관 혹은 유전체 수준에서 관여할 수 있는 여러 요인에 대해 자세히 연구될 필요성이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생물종의 생식적 격리가 일어나는 원인은 무엇인가?	한 생물종은 다른 개체군과 생식적으로 격리되어 있고, 그 집단 형질의 전체 유전적 다양성을 같이 갖는 분리된 개체군으로 정의되고 있다(Mayr, 1996). 이 때 다른 종과 생식적 격리가 일어나는 원인은 크게 둘로 나눠, 하나는, 생태나 형태, 시간, 성 유인성의 차이, 정자 혹은 난자의 비생명력 때문에 잡종 접합체가 발생할 수 없는 접합전(prezygotic) 생식격리가 있다. 다른 이유로는 종간 교잡에 의해 생성된 잡종세대가 생명력이 없거나, F1잡종이 불임이거나, F2세대 혹은 역교배 잡종이 생명력과 산란력이 없는 접합후(postzygotic) 생식격리가 있다(Dob-zhansky, 1970).
	어리팥나방과 팥나방의 교잡 가능성이 제기되는 이유는 무엇인가?	, 2007; Yum, 2010), 성페로몬 합성과정이나 성적 유인행동에 종간 차이가 있을 것으로 추정되었다. 그런데 성페로몬트랩으로 성충을 유인할 경우 한 종의 트랩에 두 종이 같이 포획되는 현상이 발견되어(Jung, J.K.
	생물종이란 무엇인가?	한 생물종은 다른 개체군과 생식적으로 격리되어 있고, 그 집단 형질의 전체 유전적 다양성을 같이 갖는 분리된 개체군으로 정의되고 있다(Mayr, 1996). 이 때 다른 종과 생식적 격리가 일어나는 원인은 크게 둘로 나눠, 하나는, 생태나 형태, 시간, 성 유인성의 차이, 정자 혹은 난자의 비생명력 때문에 잡종 접합체가 발생할 수 없는 접합전(prezygotic) 생식격리가 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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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