[논문]수변 경계종인 쥐방울덩굴의 유전적 다양성 분석

남보은; 박현준; 손가연; 김재근

doi:10.17663/jwr.2020.22.2.100

수변 경계종인 쥐방울덩굴의 유전적 다양성 분석
An analysis of the genetic diversity of a riparian marginal species, Aristolochia contorta 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.22 no.2, 2020년, pp.100 - 105

남보은 (서울대학교 생물교육과) , 박현준 (서울대학교 생물교육과) , 손가연 (서울대학교 생물교육과) , 김재근 (서울대학교 생물교육과)

초록
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수변 및 육상 식생의 경계에 서식하는 쥐방울덩굴(Aristolochia contorta)은 국내 취약종인 꼬리명주나비(Sericinus montela) 유충의 유일한 기주식물이라는 점에서 높은 보전가치를 지닌다. 개체군의 장기적인 유지에 있어서 유전적 다양성은 반드시 고려되어야 하며, 이를 위하여 기존 개체군의 유전적 다양성을 파악하는 과정이 선행되어야 한다. 쥐방울덩굴 개체군이 장기적으로 유지되고 있는 네 서식처의 개체군을 대상으로 개체들의 잎을 채집하여 DNA를 추출하였으며, 5개의 무작위 프라이머를 이용한 RAPD-PCR을 수행하여 각 개체군의 유전적 다양성을 비교하고 개체군 간의 유연관계를 파악하였다. 개체군 내 유전적 다양성은 4개 개체군 중 가평 개체군(GP)이 가장 높았으나, 전반적인 유전적 다양성은 다른 종에 비해 낮은 편으로 나타났다(h: 0.0607 ~ 0.1491; I: 0.0819 ~ 0.1759). 또한 가평 개체군의 경우 지리적 거리와 무관하게 다른 개체군들과의 유전적 거리가 큰 편으로 나타났다. 이는 파편화된 서식지와 더불어 낮은 유성생식 비율에서 기인한 것으로 추정된다. 쥐방울덩굴 개체군의 보전을 위해서는 개체군 혼합 식재와 적절한 차광이나 물리적 지지와 같이 쥐방울덩굴의 유성생식 을 촉진하는 환경이 적극적으로 고려되어야 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Northern pipevine (Aristolochia contorta) commonly inhabits marginal areas between waterside and terrestrial vegetation. In particular, A. contorta is ecologically important in the marginal areas as a food plant of dragon swallowtail butterfly (Sericinus montela), which is designated as vulnerable species in the Republic of Korea. For long-term sustainability of the plant population, assessment of the genetic diversity of exist populations should be conducted. Genomic DNA of A. contorta leaf samples were extracted from four populations where the vigorous growth were observed in the South Korea. Intra-population genetic diversity and inter-population genetic distance were assessed using randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) with five polymorphic random primers. Overall genetic diversity was lower, compared to other wetland species (h: 0.0607 ~ 0.1401; I: 0.0819 ~ 0.1759), while GP showed the highest intra-population genetic diversity. Despite of the geographical distance, GP showed the larger genetic distance from other populations. This result seemed to be caused by the fragmented habitat and lower sexual reproduction of A. controta. Mixture of the different source populations and construction of the proper environmental condition such as shade and physical support for sexual reproduction should be considered for conservation of A. contorta population.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. (a) Location of study sites; (b) location of Aristolochia contorta population in each site.
그림 Fig. 2. Genetic diversity (h: Nei's genetic diversity; I: Shannon's diversity index) within each of four studied populations and whole individuals.
표 Table 1. Used random primer sequences and number of amplified RAPD fragments (^*polymorphic loci).
그림 Fig. 3. UPGMA dendrogram based on Nei's genetic diversity among four studied populations.
그림 Fig. 4. 2-D plot of principal component analysis (PCA) of 54 A. contorta individuals with the presence and absence of 14 polymorphic loci from RAPD.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 범용으로 활용 가능하며 개체군 내 해상도가 높은 RAPD (randomly amplified polymorphic DNA)방법을 이용하여 쥐방울덩굴 국내 개체군의 유전적 다양성을 파악하고자 하였다(Williams et al., 1990). 생육이 활발한 것으로 알려진 쥐방울덩굴 개체군들을 대상으로 개체군내 유전적 다양성을 파악하고, 개체군간 유전적 거리를 파악하였다.
생육이 활발한 것으로 알려진 쥐방울덩굴 개체군들을 대상으로 개체군내 유전적 다양성을 파악하고, 개체군간 유전적 거리를 파악하였다. 이를 토대로 쥐방울덩굴 개체군의 현지 내 혹은 현지 외 보전시의 시사점을 제공하고자 하였다.

제안 방법

밴드 출현 유무의 이진 행렬 자료를 토대로 개체군 내 유전적 다양성(다형성 밴드 좌위 수, h: Nei’s genetic diversity, I: Shannon’s diveristy index)과 개체군 간 유전적 다양성(Nei’s genetic distance, UPGMA dendrogram)을 Popgen32 (Nei, 1973; Yeh and Boyle 1997)를 이용하여 도출하였다. 또한 밴드 출현 유무에 따른 주성분분석(PCA)을 R version 3.
, 1990). 생육이 활발한 것으로 알려진 쥐방울덩굴 개체군들을 대상으로 개체군내 유전적 다양성을 파악하고, 개체군간 유전적 거리를 파악하였다. 이를 토대로 쥐방울덩굴 개체군의 현지 내 혹은 현지 외 보전시의 시사점을 제공하고자 하였다.
채집한 쥐방울덩굴 급랭 표본들을 분쇄한 뒤 DNeasy Plant mini Kit (Qiagen, Hilden, Germany)를 사용하여 유전체 DNA를 추출하였다. Nanodrop One^c (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA)를 이용하여 추출한 DNA의 농도를 정량한 뒤 3차 증류수를 혼합하여 50ng/ul의 농도가 되도록 희석하여 이후 증폭 반응에 이용하였다.

대상 데이터

국내에서 쥐방울덩굴이 일정 수준 이상의 개체군 규모를 이루며 생육 중인 서식처 중 생육이 활발한 4개 개체군을 선정하였다(Park et al., 2019). 경기도 가평군에 위치한 개체군(GP; n = 11)은 계곡의 배후지역에 해당하며 경기도 평택시에 위치한 개체군(PT; n = 16)과 충청북도 청주시(CJ; n = 13)의 개체군은 하천의 배후지역에 위치하였다.

이론/모형

밴드 출현 유무의 이진 행렬 자료를 토대로 개체군 내 유전적 다양성(다형성 밴드 좌위 수, h: Nei’s genetic diversity, I: Shannon’s diveristy index)과 개체군 간 유전적 다양성(Nei’s genetic distance, UPGMA dendrogram)을 Popgen32 (Nei, 1973; Yeh and Boyle 1997)를 이용하여 도출하였다. 또한 밴드 출현 유무에 따른 주성분분석(PCA)을 R version 3.6.1(R core team, 2019)의 vegan 패키지(Oksanen et al., 2013)를 이용하여 수행하였다 .

성능/효과

5개의 무작위 프라이머를 이용한 RAPD-PCR에서 총 25개의 밴드 좌위가 나타났으며, 이 중 14개(56%) 좌위가 다형성을 나타내었다. 전체 유전적 다양성은 Nei’s genetic diversity (h) = 0.
2). 가평 개체군(GP)에서 가장 높은 개체군 내 유전적 다양성이 나타났으며(h = 0.1491; I = 0.1759), 청주 개체군(CJ)에서 가장 낮은 유전적 다양성이 나타났다.
1). 가평(GP) 개체군과 여주(YJ) 개체군은 초본, 관목, 교목 등 다양한 식물을 지지하여 생육중이었으며 청주(CJ) 개체군은 초본, 교목, 그리고 울타리 등 인공 구조물을 지지하여 생육중이었다. 평택(PT) 개체군의 지지 기반은 초본과 울타리였다.
각 쥐방울덩굴 개체군 내의 유전적 다양성은 선행 연구에서 유사한 RAPD 마커를 이용하여 도출된 다른 습지식물에 비해 낮은 것으로 나타났다. 종자로만 번식하는 일년생 습지식물 고마리(h: 0.
개체군간 유전적 거리는 지리적 거리와 비례하지 않는 것으로 나타났다(Fig. 3).
본 연구에서 조사한 국내 쥐방울덩굴 개체군들의 개체군내 유전적 다양성은 다른 식물종들에 비해 낮은 편으로 나타났으며, 이는 쥐방울덩굴 개체군 보전 및 복원 시 고려되어야 할 사항이다. 적절한 생장과 유전적 다양성 증진을 위해서 다양한 형태와 크기의 물리적 지지가 제공되어야 하며, 적절한 환경이 유지되어야 할 것이다.
(2012)의 선행연구에서도 쥐방울덩굴의 유전적 다양성이 매우 낮은 편으로 나타난 바 있으며, 낮은 다양성의 요인을 무성생식기관을 이용한 번식(clonal growth)과 무수정종자(apomixis)의 형성 확률로 보았다. 이는 쥐방울덩굴 서식지 조성 혹은 복원 시 장기적으로 개체군의 유전적 다양성이 점진적으로 감소할 가능성이 있음을 시사한다.
5개의 무작위 프라이머를 이용한 RAPD-PCR에서 총 25개의 밴드 좌위가 나타났으며, 이 중 14개(56%) 좌위가 다형성을 나타내었다. 전체 유전적 다양성은 Nei’s genetic diversity (h) = 0.1552, Shannon’s diversity index (I) = 0.2370으로 나타났으며, 각 개체군 내에서 유전적 다양성의 값은 0.0607 ~ 0.1491 (h), 0.0819 ~ 0.1759 (I) 범위에서 나타났다(Fig. 2).
1699 사이의 값으로 나타났다. 지리적 거리와 무관하게 여주 개체군(YJ)과 청주 개체군(CJ)의 유전적 거리가 가장 가깝게(0.0495) 나타났으며, 가평 개체군(GP)의 경우 다른 개체군들과의 유전적 거리가 큰 편으로 나타났다(PT ~ GP: 0.1699; Fig. 3).

후속연구

이러한 환경은 종자로부터 발아한 개체들이 정착 가능하도록 하여 개체군의 유전적 다양성을 증진시킬 수 있다. 따라서 개체군의 성공적인 정착을 위해서는 쥐방울덩굴 개체가 생장하며 연령대별로 감을 수 있는 다양한 형태의 지주식물 혹은 인공 구조물이 동반되어야 할 것으로 보인다.
쥐방울덩굴의 낮은 개체군 내 유전적 다양성을 보완하기 위하여 현지 외 보전 시 출처 개체군을 다양하게 혼합하여 조성하는 방법으로 보전 대상 개체군의 유전적 다양성을 확보할 수 있을 것이다(Lesica and Allendorf, 1999). 또한, 유전적 다양성 확보와 더불어 취약종 꼬리명주나비 서식처 복원 관점에서 먹이식물로서의 충분한 양적 생장을 이루기 위해서는 쥐방울덩굴의 현지 내 혹은 현지 외 보전 시 쥐방울덩굴에 적절한 생육 환경을 조사하려는 노력 또한 필요할 것이다(Park et al., 2020).
이로부터 현지 외 보전 시 유전적 다양성 증진을 위하여 유전적 거리를 보이는 여러 개체군으로부터 개체를 혼합 식재 하는 방법을 고려할 수 있다. 현지 외 보전을 통해 성공적으로 정착한 쥐방울덩굴 개체군은 취약종 꼬리명주나비 개체군 보전에 기여함과 더불어 수변생태계와 육상생태계 사이의 횡적 생태축연결에 기여할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	쥐방울덩굴이란?	대개 침입성 덩굴 식물이 아닌 경우 독특한 생태적 지위를 통해 종다양성을 높이는 데 기여할 수 있다. 하천 혹은 계곡의 배후지역에서 발견되는 식물 종 중 하나인 쥐방울덩굴(Aristolochia contorta Bunge)은 쥐방울덩굴과(Aristolochiaceae)에 속하는 다년생 덩굴성 초본으로 중국 동부, 러시아 동부, 일본, 그리고 대한민국에 제한적으로 서식한다(Global Biodiversity Information Facility, 2020). 교목, 관목, 초본 등 다양한 식물종에 의지하여 생육하며, 철제 울타리 등 인공 구조물에서도 생육 가능하다(Park et al.
	쥐방울덩굴의 생육 특징은?	하천 혹은 계곡의 배후지역에서 발견되는 식물 종 중 하나인 쥐방울덩굴(Aristolochia contorta Bunge)은 쥐방울덩굴과(Aristolochiaceae)에 속하는 다년생 덩굴성 초본으로 중국 동부, 러시아 동부, 일본, 그리고 대한민국에 제한적으로 서식한다(Global Biodiversity Information Facility, 2020). 교목, 관목, 초본 등 다양한 식물종에 의지하여 생육하며, 철제 울타리 등 인공 구조물에서도 생육 가능하다(Park et al., 2019).
	쥐방울덩굴의 개채 수 증식에 따르는 어려움은?	또한 대한민국 적색식물 목록상 취약종(VU)으로 등재된 꼬리명주나비(Sericinus montela Gray)의 특이적 기주식물로 알려져 있어, 국내에서는 꼬리명주나비 서식처 조성을 위하여 쥐방울덩굴 서식지를 조성 중에 있다. 한편 쥐방울덩굴은 종자 휴면 기간이 길고 휴면 타파 방법이 명확하지 않아 개체 수 증식에 어려움이 있다(Voronkova et al., 2018).

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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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