초록 ▼

표준화된 DNA 염기서열을 이용하여 전 세계 목본식물 종의 동정 시스템을 구축하는 TreeBOL(Tree Barcode of Life)의 일환으로 우리나라 목본 식물종 및 근연의 중국목본식물종의 DNA barcode를 생산하는 프로젝트를 수행하였다. 한국의 목본식물은 약 740여종으로 구성되며 이중 660여 종에 대하여 DNA 바코드를 생산하였다. 본 연구에서 포함하지 못한 80 여종은 북한 지역이 주 분포지역이어서 채집이 안 되었거나, 쉽게 채집이 안 된 종들이다. 각 종당 지리적으로 분포가 널리 떨어진 평균 3개의 개체를 바코드

표준화된 DNA 염기서열을 이용하여 전 세계 목본식물 종의 동정 시스템을 구축하는 TreeBOL(Tree Barcode of Life)의 일환으로 우리나라 목본 식물종 및 근연의 중국목본식물종의 DNA barcode를 생산하는 프로젝트를 수행하였다. 한국의 목본식물은 약 740여종으로 구성되며 이중 660여 종에 대하여 DNA 바코드를 생산하였다. 본 연구에서 포함하지 못한 80 여종은 북한 지역이 주 분포지역이어서 채집이 안 되었거나, 쉽게 채집이 안 된 종들이다. 각 종당 지리적으로 분포가 널리 떨어진 평균 3개의 개체를 바코드 하여 바코드의 정확성과 종내 변이를 파악하도록 하였다. 중국 종은 약 140 여종을 포함하였으며, 총 879종 1786개체에 대하여 DNA 바코드를 생산하였다. 표준화된 DNA 마커로는 엽록체 유전자 부위인 rbcL, matK, psbK-I, atpF-H, psbA-trnH 등 다섯 개의 부위를 이용하였다. 이들 마커 중 coding 지역 마커인 rbcL과 matK 는 식물의 표준마커로 제안된 것이지만 해상능이 낮아서 3개의 noncoding 지역 마커인 psbK-I, atpF-H 및 psbA-trnH 를 보강한 것이다. 다섯 가지 마커 중 matK, psbK-I, atpF-H 등 3가지 마커는 본 연구진이 개발하여 국제적으로 이용되는 식물 DNA바코드 마커들이다. 이들 다섯 가지 마커의 PCR 증폭 및 염기 서열 생산능력은 rbcL(98.7%), psbK-I,(97.1%), atpF-H(95.3%), psbA-trnH(94.1%), matK(93.1%)의 순이었고, 염기서열을 생산하기 위하여 소모되는 시간 또한 rbcL 마커를 1시간으로 잡을 경우, atpF-H 1.1시간, psbK-I 1.2시간, psbA-trnH 1.2시간, matK 2.2시간이 소모되었다. 염기서열을 이용한 종 동정의 해상 능은 psbA-trnH, psbK-I, atpF-H, matK, rbcL의 순이었다. 국가 수준의 식물상 종 동정에 대한 DNA바코드 연구의 제한점은 DNA 샘플의 확보유무, 각 마커의 프라이머의 작동유무, 그리고 각 마커의 종 동정 해상도 등으로 파악되었다. 첫째, 우리나라와 같이 남북이 분단된 상황에서 북한 종들의 DNA 획득이 어렵고, DNA 추출이 가능한 표본이 거의 없는 상황에서 샘플의 확보는 초기 단계의 어려움이다. 다행이 한국의 식물 DNA은행이 35,000여개 이상의 DNA 샘플을 확보하고 있고, 체계적인 DNA 분양시스템을 갖추고 있어서 큰 도움이 되었지만 북한의 종에 대한 확보는 여전히 해결되지 못한 문제이다. 두 번째 DNA 바코드 마커의 프라이머 작동 유무는 특정 마커의 경우 어려움이 상존하였다. 특히 matK 마커의 경우 여러 프라이머의 조합을 이용하더라도 93.1% 정도의 성공 율을 보였다. 이런 맥락에서 noncoding 마커가 오히려 우수한 것으로 나타났다. 세 번째 마커의 종 해상능 문제에서는, rbcL 마커는 속의 동정에는 유용하나 종동정에는 도움이 되지 않았다. 또한 matK 마커의 경우도 해상능이 높지 않았다. 특히 국가식물상 수준에서 종이 많은 속들의 경우 종동정은 여러 마커를 조합하여도 부분적으로 해결할 수 없는 경우가 종종 있었다. Prunus, Salix, Lespedeza의 경우 종 해상능이 매우 낮았다. 반면에 Pinus, Ligustrum, Rubus, Spiraea, Rhododendron, Acer, Viburnum 속 등의 경우는 종 해상능이 매우 높았으며, Quercus 및 Lonicera 등은 중간 정도의 해상능을 관찰 할 수 있었다.

Abstract ▼

As a part of TreeBOL project of the woody flora around world, we generated the DNA barcodes for the woody species from Korean flora. The woody plant species in Korea consist of approximately 740 species. We completed the five (rbcL, matK, psbK-I, atpF-H 및 pabA-trnH) DNA barcode sequences for 660 spe

As a part of TreeBOL project of the woody flora around world, we generated the DNA barcodes for the woody species from Korean flora. The woody plant species in Korea consist of approximately 740 species. We completed the five (rbcL, matK, psbK-I, atpF-H 및 pabA-trnH) DNA barcode sequences for 660 species out of 740 species. Average three individuals per each species were used for to generating the barcodes. The barcodes of other 80 species are not available at this time because of the limited distribution rages only in North Korea. In addition to the Korean species, 140 woody species from China also included in this study. A total of 879 species and 1,786 individuals were barcoded for five markers. An average working time to generating the sequences was depend on the markers, in the sequence in the order of rbcL(98.7%), psbK-I,(97.1%), atpF-H(95.3%), psbA-trnH(94.1%) and matK(93.1%). The resolution power of markers was in the order of psbA-trnH, psbK-I,, atpF-H, matK and rbcL. The bottlenecks of the DNA sequence based identification method for the national flora are the availability of DNA samples, the primer fidelity and the marker resolutions. The primer fidelity was relatively low(93.1%) for the matK even though five different primer combinations were utilized. Therfore, the matK maker require the longest working times. Species resolution was very low in the specious genera such as Salix, Lespedeza, Prunus, etc. In contrast, the species resolutions in Pinus, Ligustrum, Rubus, Spiraea, Rhododendron, Acer, and Viburnum were very good. Quercus and Lonicera show the intermediate resolution. We also present the best maker combinations for the specious 11 genera. The DNA barcode data were partitioned into three groups including gymnosperms, basal angiosperms, and eudicots. Both the sequence based identification and the tree based identification were performed for each group. We are expending the barcoding study to the herbaceous flora of Korea. The plant DNA bank of Korea (PDBK) holds approximately 35,000 accessions of purified DNAs. The accessions cover approximately 3,000 species. All accessions have well documented voucher specimens with the fine scale images. Therefore, the PDBK is the ideal place to access the DNA materials for barcoding study.

목차 Contents

• 자체평가의견서 ... 1
• 표지 ... 6
• 제출문 ... 7
• 보고서 초록 ... 8
• 목 차 ... 12
• 표목차 ... 14
• 그림목차 ... 16
• 요약문 ... 18
• ABSTRACT ... 19
• 제1장 서론 ... 21
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 21
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 24
• 제3절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 29
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 31
• 제1절 연구의 최종목표 ... 31
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 32
• 제3절 연도별 추진체계 ... 34
• 제3장 연구소재 확보 및 실험 방법 ... 37
• 제1절 연구소재의 확보 ... 37
• 제2절 연구소재의 보관 ... 43
• 제3절 실험 ... 44
• 제4절 분석 ... 46
• 제4장 연구개발 결과 및 고찰 ... 49
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 49
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 111
• 제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 112
• 제4절 연도별 연구성과(논문․특허 등) ... 113
• 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 114
• 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 114
• 제5장 참고문헌 ... 117