[논문]미토콘드리아 DNA의 cytochrome c oxidase subunit I을 이용한 보구치(Pennahia argentata) 계통 분석

박재원; 박기연; 곽인실

doi:10.11614/ksl.2020.53.3.265

미토콘드리아 DNA의 cytochrome c oxidase subunit I을 이용한 보구치(Pennahia argentata) 계통 분석
Phylogenetic Analysis Using Cytochrome c Oxidase Subunit I of Silver Croaker(Pennahia argentata) Mitochondria DNA 원문보기

생태와 환경 = Korean journal of ecology and environment, v.53 no.3, 2020년, pp.265 - 274

박재원 (전남대학교 해양융합과학과) , 박기연 (전남대학교 수산과학연구소) , 곽인실 (전남대학교 해양융합과학과)

초록
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보구치는 난류성으로 전 세계적으로 널리 분포하며 해양 저층에 주로 서식하는 어종이다. 광양만에 서식하는 보구치의 미토콘드리아 DNA에서 cytochrome c oxidase subunit I (COI) 유전자를 발굴하고 해양 어류종에서의 계통유전학적인 위치를 분석하였다. 발굴된 미토콘드리아 DNA 내 605 bp COI 시컨스의 다중배열 결과 광양만 보구치들에서는 높은 염기서열 상동성을 확인하였다 (98~100%). 하지만 광양만 내해와 외해의 어획지점에 따라 염기서열 변이가 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 외해지점의 보구치들에서 COI 내 염기서열 변이가 높게 나타났다(43.2~70.3%). 나아가 13종 어류의 COI 계통유전학적 분석결과 광양만 보구치는 타이완에서 보고된 보구치와 하나의 계통군 (clade)으로 묶이고 진화적 거리는 0.036으로 나타났다. 또한 민어(M. miiuy)와 대두이석태(Pennahia Macrocephalus)에 속한 어종과 진화적 거리가 가까운 것으로 나타났다(0.041~0.048). 본 연구의 결과는 국내산 보구치의 분자 계통유전학적 정보를 제공함으로 연안환경에 따른 어류자원 모니터링 및 종다양성 관리에 주요한 유전적 자료로 활용될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Silver croaker (Pennahia argentata) is a turbulent species that is widely distributed worldwide and is mainly found in the bottom of the ocean. In the study, we characterized the cytochrome c oxidase subunit I (COI) gene of the mitochondrial DNA (mtDNA) on P. argentata inhabiting Gwangyang Bay and analyzed the phylogenetic location of marine fish species. As a result of multiple arrangement of 605 bp COI sequences, high homology of mtDNA nucleotide sequences was confirmed in the silver croakers from Gwangyang Bay (98~100%). However, the nucleotide variation was different according to the catching points of the inland and the open seas of Gwangyang Bay. The nucleotide sequence variation in COI was high in P. argentata from the open seas of Gwangyang Bay (43.2~70.3%). Furthermore, the phylogenetic analysis of 13 fish showed that P. argentata from Gwangyang Bay were grouped into one clade with P. argentata reported in Taiwan, and the evolutionary distance was 0.036. In addition, it was identified that the evolutionary distance was close to that of fish belonging to the Mi-iuy croaker (Miichthys miiuy) and the Big-head pennah croaker (Pennahia Macrocephalus) (0.041~0.048). The result of these studies will be used as the key genetic information for fisheries resources monitoring and species diversity management according to the coastal environment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

생물 다양성의 변화는 계통유전학적 정보 분석을 통해 수산자원을 관리할 수 있다. 이에 본 연구에서는 한국 광양만 연안 일대에 서식하는 국내산 보구치를 대상으로 미토콘드리아 DNA인 cytochrome c oxidase subunit I(COI) 유전체를 분석하여 계통유전학적 위치와 어류 간 진화적 근연관계를 확인하고, 이를 근거로 보구치 분자 계통유전학적 기준을 제공하고자 한다. 이러한 결과는 연안환경 변화에 따른 어류의 유전적 모니터링과 수산자원의 다양성 분석 및 자원보존-관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

제안 방법

보구치의 미토콘드리아 DNA에서 COI 유전자 증폭을 위해 Bioneer의 Taq DNA polymerase를 사용하여 PCR(Polymerase chain reaction)을 수행하였다. 증폭에 이용된 Primer는 Forward: 5′-TCAACCAACCACAAAGAC-ATTGGCAC-3′와 Reverse: 5′-ACTTCAGGGTGACCGA-AGAATCAGAA-3′이다(Ward et al.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 보구치(Table 1)는 2018년 9월 광양만 일대에서 새우조망어구를 이용하여 어획하였다. 광양만 어획 지점은 A(127°48′W, 34°52′N), B(127°47′W, 34°49′N), C(127°49′W, 34°45′N), D(127°49′W, 34°42′N) (Fig.

데이터처리

COI 유전자 시커스를 통한 단백질 데이타베이스 분석은 NCBI Gen Bank Database에 있는 보구치 또는 민어과 등 서로 다른 13종의 어류들의 상동 서열(homologous sequences) 을 Blastx에 배열하여 단백질 데이타베이스를 비교하였다. 계통유전학적 분석 (phylogenetic analysis)은 Mega X software (version 10.04)을 이용하여 1000 bootstrap으로 neighbor-joining trees로 분석하였고, 쌍의 진화적 거리 (pairwise genetic distances)도 Mega X software (version 10.04)에 있는 Maximum Composite Likelihood method를 통해 계통진화적분석을 수행하였다.
광양만에서 어획된 보구치의 다중배열 분석은 Gene Doc Program (version 2.6.001)을 사용하여 나타내었다. COI 유전자 시커스를 통한 단백질 데이타베이스 분석은 NCBI Gen Bank Database에 있는 보구치 또는 민어과 등 서로 다른 13종의 어류들의 상동 서열(homologous sequences) 을 Blastx에 배열하여 단백질 데이타베이스를 비교하였다.
본 연구에서 보구치 또는 민어과를 포함하는 다양한 어종들 간의 단백질 데이타베이스 기반 계통유전학적 분석으로 진화적 근연관계를 비교하였다. 광양만 일대에서 어획된 보구치의 평균 전장(TL), 체장(SL), 생체량(BW)은 162.

이론/모형

보구치 total genomic DNA 추출은 Bioneer의 AccuPrep genomic DNA extraction kit를 사용하여 제공되는 Protocol에 따라 수행하였다. 실험 과정은 EP tube에 TL buffer 200μL를 넣고 근육조직을 균질하게 homogenize하고 Protei-nase K 20 μL, RNase A 10 μL를 넣어 단백질과 RNA를 제거하였다.

성능/효과

2이다. 광양만 각 지역에서 어획된 보구치 COI의 염기서열은 전체 개체들에 대해 98~100% 염기서열 상동성을 나타내었지만, 어획지역별로 상동성이 다르게 나타났다. COI 염기서열 내 뉴클레오타이드 변이는 A지점 보구치에서는 16.
2%로 나타났다. 이동성이 용이한 어류지만 광양만 내해와 외해에서 어획된보구치의 미토콘드리아 내 염기서열 변이는 내해보다 외해쪽 채집지역 보구치에서 높게 나타났다(Fig. 1 and Fig. 2). 광양만의 내해와 외해는 다양한 환경요인(온도, 염분, TOC, TC, TN, TP, Chl-a, EC, TIC)들의 차이와 환경 DNA(eDNA) 분석을 통해 종분포의 다양함이 보고되었다(Jo et al.
005 이하로 나타났다(Table 3). 중국과 타이완에서 보고된 보구치와의 진화적 거리는 0.036으로 나타나고 다른 어종들과의 진화적 거리는 0.036~0.058사이로 민어(M. miiuy)와 대두이석태(P. Macrocephalus)에 속한 어종과 진화적 거리가 가장 가까운 것으로 나타났다. 어류에서 미토콘드리아 DNA 발굴 및 계통진화적 분석을 통한 신종 분석은 최근에 보고되고 있다.

후속연구

이에 본 연구에서는 한국 광양만 연안 일대에 서식하는 국내산 보구치를 대상으로 미토콘드리아 DNA인 cytochrome c oxidase subunit I(COI) 유전체를 분석하여 계통유전학적 위치와 어류 간 진화적 근연관계를 확인하고, 이를 근거로 보구치 분자 계통유전학적 기준을 제공하고자 한다. 이러한 결과는 연안환경 변화에 따른 어류의 유전적 모니터링과 수산자원의 다양성 분석 및 자원보존-관리를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보구치란 무엇인가?	보구치(Pennahia argentata)는 농어목 민어과에 속하는 난류성 어종으로 민어과 물고기 중 개체수가 많은 종이다(Koh et al., 2014). 암수에 따른 보구치의 비율은 53:47로 암컷 비율이 수컷보다 높게 나타났으며 크기는 평균 전장(TL)이 암컷은 24.
	보구치의 주 먹이원은 무엇인가?	, 2020). 보구치의 주 먹이원은 새우류로 먹이원 분석 연구에서 153개체 보구치 위(gut)에서 발견된 217개체의 먹이생물 중 가장 주요한 먹이 생물이 새우류(Macrura)로 출현 빈도는 68.6%를 차지하였고, 개체수 비 66.4%, 습중량 비는 43.
	보구치 total genomic DNA 추출 방법은 무엇인가?	보구치 total genomic DNA 추출은 Bioneer의 AccuPrep genomic DNA extraction kit를 사용하여 제공되는 Protocol에 따라 수행하였다. 실험 과정은 EP tube에 TL buffer 200μL를 넣고 근육조직을 균질하게 homogenize하고 Protei-nase K 20 μL, RNase A 10 μL를 넣어 단백질과 RNA를 제거하였다. 60°C에서 1~2시간 Lysis 과정을 거치고 GB buffer와 Ethanol을 넣고 원심분리 후 상등액을 취하였다. WA1과 WA2 buffer를 통해 washing 과정을 거친 후 EA buffer로 Genomic DNA를 elution하여 사용시까지 -80°C Deep freezer(Thermo Fisher Scientific)에 보관하였으며 각지점 위치, 종명, 추출한 날짜 등의 정보를 기록해 두었다.

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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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