초록 ▼

연구의 목적 및 내용
1) NGS를 통한 홍조식물 14종 (홍조 5강, 진정홍조강의 5아강을 모두 포함)의 색소체 및 미토콘드리아 유전체를 최초 해독하고, 2) 이들의 색소체와 미토콘드리아 유전체의 특징을 계통적 유연관계와 연계하여 분석하고, 3) 홍조식물의 유전체에서 발견되는 수평적유전자 이동의 분포 및 과정을 분석하고, 4) 유전체 자료를 이용한 50개 이상의 유전자를 유합하여 홍조식물의 계통수를 구축하고, 5) 계통유연관계가 불분명한 4개 강 (로델로조강, 피떡말강, 마디털강, 그리고 콤소포곤조강) 간의 계통유연관계를 규

연구의 목적 및 내용
1) NGS를 통한 홍조식물 14종 (홍조 5강, 진정홍조강의 5아강을 모두 포함)의 색소체 및 미토콘드리아 유전체를 최초 해독하고, 2) 이들의 색소체와 미토콘드리아 유전체의 특징을 계통적 유연관계와 연계하여 분석하고, 3) 홍조식물의 유전체에서 발견되는 수평적유전자 이동의 분포 및 과정을 분석하고, 4) 유전체 자료를 이용한 50개 이상의 유전자를 유합하여 홍조식물의 계통수를 구축하고, 5) 계통유연관계가 불분명한 4개 강 (로델로조강, 피떡말강, 마디털강, 그리고 콤소포곤조강) 간의 계통유연관계를 규명하고, 6) 분홍치아강 내의 목간 계통유연관계를 규명하는데 목표를 두고 있음. 최종적으로는 홍조식물의 진화 역사를 추론하는, 홍조식물 유전체 연구를 대표하는 세계 최초의 연구임.

연구결과
1) 미토콘드리아 유전체 분석
Ion Torrent PGM을 이용한 sequencing, 생물정보분석 방법을 통해 진정홍조강의 23종의 미토콘드리아 전체 유전체를 완성하고, 기존에 출판된 진정홍조강 16종의 미토콘드리아 유전체자료를 포함하여 총 39종의 미토콘드리아 유전체의 보존적인 단백질 번역 유전자를 이용하여 계통분석을 시행함. 이를 통해 진정홍조강의 기저 그룹의 분류계통 관계를 명확히 하고, 다양한 분류군에서 미토콘드리아 전체 유전체를 이용한 진정홍조강의 계통관계를 밝힌 것은 본 연구가 유일하며 홍조류의 진화 및 분류계통 연구에서 큰 의미를 가짐.
2) 색소체 유전체 분석
진정홍조강의 28개 종의 색소체 유전체를 분석하고, 기존에 출판된 진정홍조강에 속한 6종을 추가하여 계통분석을 실시함. 색소체 유전체의 141개의 보존적인 유전자를 이용하여 계통분석을 수행한 결과 미토콘드리아 유전체를 사용하였을 때와 유사한 결과를 확인함. 색소체 유전체의 구조적 진화를 추적해 본 결과 진정홍조강 내의 종들은 비교적 보존적인 유전체 구조를 가졌지만, 색소체 유전체 수준의 진화과정에서 일어난 inversion 사례를 통해 미토콘드리아 유전체의 구조적 진화 양상과 차이가 있음을 밝힘.
3) 세포소기관 유전체의 유전자 수평이동 (Horizontal Gene Transfer)
진정홍조강의 꼬시래기과에 속하는 Gracilaria chilensis의 미토콘드리아 유전체 분석과정에서 다른 진정홍조강의 종들의 미토콘드리아 유전체와 달리 특이적인 반복서열과 근연종들의 plasmid 관련 DNA서열을 발견함. 이 결과는 세포소기관 진화의 중요한 증거로 판단됨.
Sporolithon durum의 색소체 유전체에서 홍조류의 plasmid 관련 유전자를 발견. Plasmid를 매개로 일어난 유전자 수평이동 중 원시홍조강의 일부 plasmid 유전자는 남조류 (cyanobacteria) 에서 기원 된 것으로 분석되었다. 홍조류에 수평이동 된 plasmid 유전자들은 각기 다른 유전자 위치를 가진 것으로 보아 색소체 유전체가 생성될 당시의 남조류의 1차 세포내공생 (primary endosymbiosis) 과는 별개의 전달 과정으로 분석됨. 크기가 점점 줄어들면서 조밀화되는 일반적인 세포소기관 유전체의 진화패턴과는 반대로, 색소체 유전자가 외부 유전자를 받아들이는 새로운 진화패턴을 보여주는 의미 있는 결과임.

연구결과의 활용계획
본 연구수행을 통하여 처음 얻어지는 홍조식물의 유전체 정보는 1) 학문적으로 홍조식물의 계통적 유연관계 및 진화역사를 이해 할 수 있을 것이고, 2) 연구결과는 유전체 자료에 근거한 홍조류의 대진화를 보여주기 때문에 다른 학문분야에도 임팩트가 큰 연구가 될 것이며, 3) 확보된 배양주와 유전체 정보는 생물자원 및 유용물질 탐색에 활용 할 수 있을 것임. 홍조식물의 유전체 분석을 통해 카라기닌산, 한천, 홍조펄프 등 산업과 연관된 유전자 정보로 활용이 가능함. 또한 의학, 약학 및 바이오에너지 개발 측면에서 활용 가능한 국가적인 생물 소재 및 유전자원이 될 수 있음.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
The project aims to infer the evolutionary trend in red algal evolution with six major topics: 1) to complete genome sequencing of plastid and mitochondrial genomes from 14 red algal taxa that represent 5 classes and all 5 subclasses, 2) to analyze characters of organelle genome

Purpose& contents
The project aims to infer the evolutionary trend in red algal evolution with six major topics: 1) to complete genome sequencing of plastid and mitochondrial genomes from 14 red algal taxa that represent 5 classes and all 5 subclasses, 2) to analyze characters of organelle genomes, 3) to analyze horizontal gene transfer in the genomes, 4) to reconstruct phylogeny of red algae based on multi-genes, 5) to resolve the phylogenetic relationships of four classes and internal relationships of the Rhodymeniophycidae. 6) to reveal the phylogenetic relationships of the Hildenbrandiophyceae.

Result
1) Completed 23 mitochondrial genome in red algae
- 23 new red algal mitochondrial genome were completed by PGM (Ion Torrent) sequencing and bioinformatic analysis
- Providing 16 mitochondrial genome that has been already published, we analyzed phylogenetic analysis with mitochondral conservative genes using 39 mitochondrial genome.
- We resolved the relationship between subclasses of Florideophyceae providing the representative species in each subclasses (Hildenbrandiophycidae, Nemaliophycidae, Corallinophycidae, Ahnfeltiophycidae, Rhodymeniophycidae) and added new genome which has been uncovered classes (Rhodellophyceae, Stylonematophyceae, Composopogonophyceae)
2) Completed 28 plastid genome in red algae
- 28 new red algal mitochondrial genome were completed by PGM (Ion Torrent) sequencing and bioinformatic analysis
- We analyzed phylogenetic analysis with 141 conservative genes in plastid genome and verified the similar tree patterns compared to mitochondrial concatenated tree.
- We revealed the gene conservation between Florideophyceaen plastid genome, but found the different patterns in structural variations among Florideophyceaen species.
3) Horizontal gene transfer (HGT) in organelle genome
- HGT in Gracilaria chilensis
> We founded the unique HGT of repetitive sequences and plasmid sequences in the mitochondrial genome of Gracilaria chilensis which is the importance evidence for organelle genome evolution.
- HGT in Sporolithon durum
> We founded the unique plasmid related gene in the chloroplast genome of Sporolithon durum. From the result, we inferred that these plasmid genes in ancient red algal has been originated from Cyanobacteria and involved in the role of organelle HGT mediator.

Expected Contribution
1) Understanding the evolutionary history and phylogenetic relationships in red algae
2) Revealing the massive evolution of red algae based on the genome data will give an high impact on other studies.
3) Surveying for biomaterial and genetic resources to utilize such as medical products, bioenergy, agar, carrageenin, red pulps

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 20
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 21
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 21
• 8. 참고문헌 ... 22
• 9. 연구성과 ... 22
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 33
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 33
• 12. 기타사항 ... 34
• 별첨1 ... 35
• 대 표 연 구 실 적 ... 35
• 대표적 연구실적 사본 ... 40
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 45
• 끝페이지 ... 50