초록 ▼

4. 연구결과
가. 멸종위기종의 미토콘드리아 유전체 연구 분야
1) 조류의 유전체 특성 규명
조류의 연구대상종은 긴점박이올빼미와 잿빛개구리매 2종을 선정하였다. 긴점박이올빼미와 잿빛개구리매는 일반적인 척추동물의 미토콘드리아 유전자 구성(13개 protein-coding gene, 2개의 rRNA, 22개 tRNA 유전자) 및 배열과 일치하였다. 긴점박이올빼미의 전체 미토콘드리아 유전체의 염기서열은 총 16,636bp로서, 긴점박이올빼미가 속한 Strigiformes에서 발표된 전체 미토콘드리아 유전체 정보와 비교하면

4. 연구결과
가. 멸종위기종의 미토콘드리아 유전체 연구 분야
1) 조류의 유전체 특성 규명
조류의 연구대상종은 긴점박이올빼미와 잿빛개구리매 2종을 선정하였다. 긴점박이올빼미와 잿빛개구리매는 일반적인 척추동물의 미토콘드리아 유전자 구성(13개 protein-coding gene, 2개의 rRNA, 22개 tRNA 유전자) 및 배열과 일치하였다. 긴점박이올빼미의 전체 미토콘드리아 유전체의 염기서열은 총 16,636bp로서, 긴점박이올빼미가 속한 Strigiformes에서 발표된 전체 미토콘드리아 유전체 정보와 비교하면 유사한 염기서열의 길이를 보여준다(16,307~18,966bp). 잿빛개구리매의 CR은 trnT와 trnP 사이에 위치하며, pseudo control region (Ψ-CR)이 trnE와 trnF 사이에 위치하는 점은 원시 조류의 미토콘드리아 유전자 배열양상과 다른 점이라 할 수 있다. 잿빛개구리매의 단백질 암호화 유전자 중에서 ND3의 경우 염기서열의 frameshift 현상으로 발생한 extra base site가 존재한다. 잿빛개구리매의 CR의 구조적 특징과 ΨCR을 포함한 비암호화 영역에서 확인한 tandem repeat sequence는 향후 개체 식별이나 종 감별을 위한 마커로 활용할 수 있는 유용한 정보로 가치가 클 것으로 예상된다.
2) 곤충의 유전체 특성 규명
곤충의 연구대상종은 큰자색호랑꽃무지, 큰홍띠점박이푸른부전나비, 물장군, 대모잠자리 총 4종을 선정하였다. 큰자색호랑꽃무지를 포함한 꽃무지과(Cetoniidae)의 곤충에 대한 특성을 분석한 결과, 큰자색호랑꽃무지는 꽃무지과내의 다른 곤충들과 달리 761 bp의 가장 작은 A+T-rich region을 보유하고 있음을 확인하였다. 큰자색호랑꽃무지의 A+T-rich region의 크기가 매우 작은 크기였으나 A+T 함량은 다른 곤충과 비슷하였으며, 단백질 유전자의 codon 수, rRNA 및 tRNA 크기 등은 알려진 꽃무지과 곤충의 범주에 속하였다. 큰홍띠점박이푸른부전나비 미토콘드리아 유전체에서는 곤충에서 가장 빈번하게 발견되는 유전자 배열과 달리 나비목에서 특이적으로 발견되는 배열로 trnI , trnQ 및 trnM 의 순서 대신 trnM, trnI 및 trnQ의 배열을 갖고 있었다. A+T-rich region내에서 1개의 tRNA-like structure 가 존재하였다. 이러한 유사 tRNA가 A+T-rich region에 존재할 수 있는 것은 아마 primer로 작동 후 cleave 되지 않고 남아있는 가운데 non-coding A+T-rich region의 진화율을 따라 정규 tRNA와 많이 분화한 형태로 남아있는 것으로 추정된다. 물장군의 전체 미토콘드리아 유전체에서 단백질 암호화 유전자 염기서열을 코돈 사이트별로 나누어 분석했을 때 3^rd codon position이 나머지 사이트에 비해 현저히 높은 AT% 비율을 보인다. 이러한 패턴은 물장군의 근연종인 장구애비류 4종에서도 명확히 확인하였다. 물장군은 다른 노린재류에 비해 현저히 긴 미토콘드리아 유전체 염기서열을 가지고 있다. 물장군의 미토콘드리아 유전체 길이가 다른 노린재류와 차이를 보이는 이유는 control region으로 예상되는 A+T-rich region의 길이 차이로 보인다. 대모잠자리 미토콘드리아 유전체의 A+T-rich region 내에서 tRNA-like structure를 확인할 수 있었다. 두 개의 tRNA-like structure가 발견되었는데 그 중 하나는 trnF 와 유사한 구조이며 다른 하나는 trnK와 유사한 구조이다. 이러한 유사 tRNA가 A+T-rich region에 존재할 수 있는 것은 아마 primer로 작동 후 cleave되지 않고 남아 있는 가운데 non-coding A+T-rich region의 진화율을 따라 정규 tRNA와 많이 분화한 형태로 남아있는 것으로 추정된다.
3) 무척추동물의 유전체 특성 규명
무척추동물의 연구대상종은 기수갈고둥, 나팔고둥, 참달팽이 총 3종을 선정하 였다. 기수갈고둥의 전체 미토콘드리아 유전체는 총 15,803bp 길이를 가지며, 기수갈고둥의 미토콘드리아 배열양상은 갈고둥상목의 4종의 유전자 배열양상과 동일하며, 연체동물의 다른 상목 준위 그룹의 유전자 배열양상과는 뚜렷한 차이를 보인다. 기수갈고둥의 단백질 암호화 유전자 영역의 염기 skewness 분석에서 특이점은 기수갈고둥의 경우 large noncoding region을 제외하고 모든 영역이서 negative AT-skew 값을 보이는 반면 다른 Nerita 종들의 경우 rRNA 유전자에서 positive AT-skew 값을 보인다. 이 점을 속(genus)로 분류되는 두 그룹 간 진화적 양상에 따른 차이인지에 대해 명확한 서술을 하기는 어렵지만, 미토콘드리아 ribosomal RNA 유전자 정보를 이용하여 이 두 그룹을 구별하기 위한 분자마커로서 다른 유전자에 비해 유용성이 있을 것으로 생각된다. 나팔고둥의 전체 미토콘드리아 유전체에서 결정된 염기서열은 총 15,330bp로 확인되었다. 나팔고둥의 미토콘드리아 유전자 배열은 신생복족강 수염고둥과에 속하는 각시수염고둥과 동일한 양상을 보여 준다. 신복족목에 속하는 Fusiturris similis 에서만 trnV의 위치가 trnS(ucn)와 trnT 사이에 위치하지만, 다른 신복족목에서는 12S rRNA와 16S rRNA에 위치한다. 흡강목에 속하는 각시수염고둥과 나팔고둥도 trnV가 두개의 rRNA 유전자 사이에 위치함을 확인하였다. 참달팽이의 전체 미토콘드리아 유전체에서 결정된 염기서열은 총 13,979bp로 13개의 단백질 암호화 유전자 중에서 ND5 유전자가 1,677bp로 가장 길고, ATP8 이 156bp로 가장 짧다. 참달팽이와 같은 유페목에 속하는 Cepaea nemoralis와 미토콘드리아 유전자 배열을 비교하였을 때, trnG와 trnH, trnS와 ND4의 위치가 변경되었음을 확인할 수 있었다.
나. 멸종위기종의 유전자 표지 개발 및 유전다양성 분석
1) 맹꽁이의 유전다양성 분석
국내 멸종위기동물인 맹꽁이에 대한 14개의 microsatellite marker를 처음으로 새롭게 개발하였다. 개발된 14개의 microsatellite 유전자를 이용하여 집단유전학적 분석을 실시한 결과 국내 맹꽁이 야생 집단들은 '매우 낮은 집단 내 유전적 다양성'을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이는 많은 지역 집단이 절멸의 위기를 겪고 있으며, 상대적으로 이동성이 작아 낮은 수준의 메타개체군 역동성을 가지고 있을 것으로 예상된다. 전체 조사된 맹꽁이집단 간 비교적 큰 유전적 분화가 관찰되었다. 특히 제주도 지역 집단과 내륙지역 집단 간에 매우 뚜렷한 유전적 분화양상이 관찰되었다. 이는 지역 집단 간 개체이동이 적고 적은 유효집단크기 때문일 것으로 추정할 수 있다. 우리나라 맹꽁이의 야생집단들은 크게 제주도집단과 내륙집단, 2개의 group으로 크게 나눌 수 있었다. 연구가 수행된 맹꽁이 대부분의 집단이 유전적 다양성이 매우 낮았고 집단 간 유전적 분화양상이 크게 나타나는 것으로 보아 집단간 개체이동이 적으며 유효개체수가 적은 것으로 판단되어 멸종위기종인 맹꽁이 집단에 대한 보전대책이 필요할 것으로 보인다.
2) 물장군의 유전다양성 분석
멸종위기종인 물장군의 국내 개체군 유전자 분석을 진행하기 위해 김포시와 강화군 및 제주도 지역으로부터 총 41개체의 샘플을 확보하였다. 특히, 강화군 및 내륙지역에서 야생 표본을 확보하기 위한 과정에서 어려움이 많았는데, 이러한 원인으로 가뭄의 영향과 많은 농수로의 시멘트 교체가 물장군의 서식지 감소와 관련이 있는 것으로 보인다. NGS 분석 데이터를 이용하여 63개의 후보군으로부터 개체 간의, 집단 간의 변이를 보이는 10개의 microsatellite marker를 개발하였다. 개발한 microsatellite marker를 이용하여 집단유전학적 분석을 실시한 결과, 국내 물장군은 집단 내 낮은 유전적 다양성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 이는 짧은 시간 동안 급격한 개체군의 감소와 관련이 있을 것으로 보이며, 뿐만 아니라 물장군 멸종위기종 복원을 위한 인공증식 개체들의 주기적인 방사도 영향을 미쳤을 것으로 예상된다. 강화군와 제주도 지역의 집단 간에는 유전적으로 유의미한 분화를 보였지만, 그 값이 매우 낮아 충분히 분화했다고 보기 어려웠으며, STRUCTURE 및 AMOVA 결과에서도 지역 집단 간의 변이보다는 집단에 상관없이 개체 간의 변이의 비중이 더 크다는 것이 나타났다. 이러한 결과는 1990년대 이후 서식지 파괴 및 수질오염으로 인한 급격한 개체 수 감소 및 집단의 크기 감소와 관련이 있을 것으로 판단된다. 본 연구과제로부터 얻은 국내 멸종위기종인 물장군의 집단 내 유전적 다양성 및 집단 구조에 대한 분석 결과들은 물장군 집단들의 현재 상황에 대한 이해뿐만 아니라, 추후 복원을 위한 해결방법을 찾는 데 있어 중요한 기초자료로 사용될 것이다.
3) 붉은점모시나비의 유전다양성 분석
붉은점모시나비 유전체 서열로부터 microsatellite를 탐색한 결과, 총 7,044개의 microsatellite 후보 유전자 좌위를 발견하였으며, 이중 12개의 유전자 좌위를 개발하였다. 각 유전자 좌위별 유전적 다양성을 비교한 결과, 전체 12개 유전자 좌위에서 좌위별 대립유전자는 최소 6개에서 최대 22개의 대립유전자가 관찰되었으며, 이들의 유전적 다양성은 집단 간 상당한 분화를 갖는 유전자 좌위를 확인하였다. 붉은점모시나비 40개체 전체에 대한 유전적 구조 분석 결과, 2개의 유전자 그룹으로 나뉘는 것을 확인하였다. 국내 3개 집단에 대한 집단 간 유전적 다양성을 분석한 결과, 집단별 유전자 좌위별 대립유전자는 강원도 삼척 집단에서 가장 높은 대립유전자를 보유한 집단으로 확인하였으며, 이형접합자 빈도의 경우 충북 영동 집단에서 가장 낮은 수치를 나타냈다. 세 집단에 대한 유전적 분화에 대해 분석한 결과, F_ST의 경우 세 집단 간 통계적으로 유의한 유전적 분화를 나타냈으며, R_ST의 경우 강원도 삼척 집단이 다른 두 집단(경북 의성과 충북 영동)과 통계적으로 유의한 분화를 나타내었다. 이러한 결과는 앞서 언급한 대로 집단 간 형태형질(앞날개 길이) 측정결과와 유사하며, 결과적으로 최소 강원도 삼척 집단은 형태형질적 및 집단유전학적 분화를 나타냈다. 결과적으로 붉은점모시나비는 전반적으로 집단 간 유전적 교류가 비교적 활발했던 것으로 유추할 수 있다. 그러므로 특정 지역에 대한 보전과 함께 발생 지역 전체에 대한 종합적 보전이 중요할 것으로 보여진다.
4) 흰발농게의 유전다양성 분석
흰발농게는 확보된 표본 중 일부를 이용하여 지앤시바이오 회사를 통해 NGS 기법 중 Hiseq4000 방법으로 흰발농게 유전체 서열 일부를 확보하였고, 그 중에서 Microsatellite 부위가 확인된 염기서열 92,925개를 얻을 수 있었다. 프라이머 3 프로그램을 이용하여 50개의 Microsatellite 유전좌위를 증폭할 수 있는 후보군 프라이머를 선별하였으며, PCR증폭 실험 및 염기서열 확인을 통해 다형성의 반복수를 보이는 프라이머쌍 12개를 선별하였다. 각각의 프라이머에는 형광프라이머와 결합할 수 있는 M13-tailed primer를 부착하여 multiplex PCR증폭을 통해 유전자형 분석을 수행하였다. 유전적 다양도를 분석한 결과 강화집단이 다른 두 집단에 비해 가장 높은 H_O와 H_E값을 보였다. Pairwise F_ST와 pairwise R_ST의 값을 통해 강화와 순천사이의 유전적 거리가 가장 큰 것을 확인 할 수 있었으나, 얻어진 값을 이용한 AMOVA test에서는 어떤 그룹으로 나누어도 통계적으로 유의하지 않았다. 그러나 Bayesian clustering analysis 결과 서해안집단(강화와 서천)과 남해안집단(순천)으로 2개의 유전자 그룹이 관찰되었다.
5) 기수갈고둥의 유전다양성 분석
기수갈고둥의 유전다양성 분석 결과 남해안 4개 집단, 제주도 1개 집단은 각 지역 집단 간에 활발한 유전적 교류가 있으며 남해안 및 제주도 집단이 하나의 거대한 metapopulation으로 존재하는 것으로 판단된다. 이러한 유전적 교류는 기수 갈고둥의 생활사와 관련이 있는 것으로 판단되는데, 현재 한국에서는 기수갈고둥의 생활사와 관련한 정보가 없으나, 일본의 정보를 살펴보면, 기수갈고둥의 부화한 유생은 부화한 벨리저 유생(연체동물의 면반을 발달시킨 시기의 유생형)은 바다에 흘러내러가서, 식물플랑크톤을 섭식하면서 오랜 기간 유생생활을 거친다. 이후 충분히 성장한 벨리저 유생은 하천의 기수역으로 거슬러 올라가서, 바닥에 붙어서 변태하고 유패가 된다. 성장해가면서 하구를 수 Km 거슬러 올라가 근처 담수역까지 분포를 넓히는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 생활사를 고려하여 보면 성패는 기수역에 서식하지만 유생시기에 널리 확산이 가능하고 그 결과 한국 내 집단 간 유전적 분화가 없이 집단 간 활발한 유전적 교류를 하고 있는 것으로 판단된다.
다. 기 분석된 멸종위기종 유전다양성 분석 재검토
본 사업을 포함하여 멸종위기종(동물분야)의 유전다양성 분석과 관련된 사업을 검토하여 실험의 재현성 문제, 개체군 일부만이 포함된 경우, 분류학적 실체 파악이 필요한 경우 등의 사유로 재분석이 요구되는 종에 대한 목록을 작성하고자 하였다. 먼저 2007년부터 시작된 본 사업의 유전다양성 분석종에 대한 목록과 결과를 검토하였고 그 결과 재분석의 시급성을 고려하여 종 목록을 작성하고 재분석 필요성에 대해 고찰하였다. 그 결과 유전다양성 재분석이 필요한 애기뿔소똥구리, 감돌고기, 꼬마잠자리, 수리부엉이, 수달, 새호리기, 독수리 총 7종을 선정하였다. 또한 멸종위기종의 특성상 개체수 확보가 용이하지 않아 연구 당시 소수의 개체만으로 실험을 진행하였기에 개체수를 추가 확보하여 재분석이 필요한 종으로 감돌고기, 수달, 수리부엉이, 올빼미를 선정하였다. 연구 결과 유전적으로 서로 다른 2개의 그룹으로 구분되어 추가 분석을 통해 정확한 보존단위 설정 및 분류학적 고찰이 필요한 분류군으로 새호리기, 독수리, 애기뿔소똥구리를 선정하였다. 더불어 해외샘플을 추가하여 분석이 필요한 분류군, microsatellite 마커 분석이 필요한 분류군, 미분석 멸종위기종 가운데 유전다양성 분석이 시급한 분류군을 선정하여 제시하였다. 더불어 멸종위기종을 대상으로 하여 선행된 유전다양성 분석 연구와 관련 사업에 대한 목록을 조사하여 작성하였다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 5
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 16
• 그림목차 ... 20
• Ⅰ. 연구사업의 개요 ... 23
• 1. 연구사업의 목적 및 배경 ... 23
• 가. 연구사업의 배경 및 목적 ... 23
• 나. 우리나라 멸종위기야생동물 관리 현황 ... 24
• 다. 타 기관이나 연구 사업을 통해 이루어진 멸종위기종의 보전과 복원을 위한 연구 사례 ... 34
• 라. 소기관 유전체 분석의 중요성 ... 37
• 마. 유전다양성 분석의 중요성 ... 39
• 바. 연구의 목표 ... 40
• 2. 연구사업의 범위 ... 41
• 가. 주요생물자원의 유전자 분석․연구 사업(2006~2014)의 소기관 유전체및 유전다양성 분석 생물종 ... 41
• 나. 2015년도 유전자 분석대상종 및 연구 범위 ... 46
• 3. 주요 내용 ... 47
• 가. 멸종위기종의 미토콘드리아 유전체 연구 ... 47
• 나. 멸종위기종의 유전자 표지 개발 및 유전다양성 분석 연구 ... 47
• 다. 기 분석된 멸종위기종 유전다양성 분석 재검토 ... 48
• 4. 연구추진계획 ... 49
• 가. 연구사업의 구성 ... 49
• 나. 수행조직 ... 50
• 다. 연구원 편성표 ... 50
• 라. 추진일정 ... 51
• Ⅱ. 결과 및 고찰 ... 52
• 1. 멸종위기종의 미토콘드리아 유전체 연구 분야 ... 52
• 가. 서론 ... 52
• 나. 재료 및 방법 ... 53
• 다. 결과 및 고찰 ... 59
• 2. 멸종위기종의 유전자 표지 개발 및 유전다양성 분석 ... 111
• 가. 맹꽁이 Kaloula borealis (Barbour) ... 111
• 나. 물장군 Lethocerus deyrollei ... 126
• 다. 붉은점모시나비 Parnassius bremeri ... 140
• 라. 흰발농게 Uca lactea (De Haan, 1835) ... 154
• 마. 기수갈고둥 Clithon retropictus ... 168
• 3. 기 분석된 멸종위기종 유전다양성 분석 재검토 ... 180
• 가. 유전다양성 재분석이 필요한 종 목록 ... 180
• 나. 멸종위기종의 특성상 개체수 확보가 용이하지 않아 연구 당시 소수의 개체만으로 실험을 진행하였기에 개체수를 추가 확보하여 재분석이 필요한 분류군 ... 180
• 다. 연구 결과 유전적으로 서로 다른 2개의 그룹으로 구분되어 추가 분석을 통해 정확한 보존단위 설정 및 분류학적 고찰이 필요한 분류군 ... 181
• 라. 해외샘플을 추가하여 분석이 필요한 분류군 ... 181
• 마. Microsatellite 마커 분석 ... 182
• 바. 미분석 멸종위기종 가운데 유전다양성 분석이 시급한 종 목록 ... 182
• 사. 멸종위기종을 대상으로 하여 선행된 유전다양성 분석 연구와 관련 사업에 대한 조사 ... 183
• III. 결론 ... 192
• 1. 세부과제별 유전자 다양성 연구(동물분야) 사업의 결과 ... 192
• 가. 주요 생물자원의 소기관 유전체 특성 규명 연구 ... 192
• 나. 주요 생물자원의 유전다양성 분석 ... 193
• 다. 기 분석된 멸종위기종 유전다양성 분석 재검토 ... 194
• 2. 연구 성과 ... 195
• Ⅳ. 참고문헌 ... 197
• 끝페이지 ... 225