보고서 정보
주관연구기관 |
한국해양과학기술원 Korea Institute of Ocean Science & Technology |
연구책임자 |
양은찬
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201800004761 |
과제고유번호 |
1711036502 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-05-05
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키워드 |
돌말류.미토콘드리아 유전체.계통관계.진화.생물다양성.Bacillariophyceae강.Fragilariophyceae강.Coscinodiscophyceae강.Diatoms.Mitochondria genome.Phylogeny.Evolution.Biodiversity.Bacillariophyceae.Fragilariophyceae.Coscinodiscophyceae.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800004761 |
초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구를 통하여 돌말류 18종의 미토콘드리아 유전체 (mtDNA)를 분석하였다. 대상 분류군은 야외채집 및 culture collection을 통하여 확보한 순수배양주 중 선택하였다.
각 배양주의 total DNA를 추출하여 차세대시퀀싱을 이용하였으며, 생물정보학툴을 이용하여 mtDNA 지도로 완성하였다. CDS 유합자료를 이용하여 최적의 계통수를 구축하였으며, 주요 돌말류의 계통유연관계 및 mtDNA의 진화적 특징을 비교분석하였다.
돌말류의 유전적 다양성을 고려한 생태분자마커를 제안하여 수생
연구의 목적 및 내용
본 연구를 통하여 돌말류 18종의 미토콘드리아 유전체 (mtDNA)를 분석하였다. 대상 분류군은 야외채집 및 culture collection을 통하여 확보한 순수배양주 중 선택하였다.
각 배양주의 total DNA를 추출하여 차세대시퀀싱을 이용하였으며, 생물정보학툴을 이용하여 mtDNA 지도로 완성하였다. CDS 유합자료를 이용하여 최적의 계통수를 구축하였으며, 주요 돌말류의 계통유연관계 및 mtDNA의 진화적 특징을 비교분석하였다.
돌말류의 유전적 다양성을 고려한 생태분자마커를 제안하여 수생태계 돌말류 구조변동 모니터링의 기반을 마련하였다.
연구결과
총 26종의 돌말류 mtDNA를 비교분석에 이용하였다. 여기에는 본 연구를 통해 완성한 18종과 GenBank DB 8종 [Bacillariophyceae강 (BACIL) 13/6, Bolidophyceae강(BOLID) -/1, Coscinodiscophyceae강 (COSCI) 2/-, Mediophyceae강 (MEDIO) 4/1]이 포함된다. 돌말류의 mtDNA는 크기가 32.8 Kb (Nitzschia sp. JK013) – 77.4 Kb(Phaeodactylum tricornutum), GC contents는 25.9% (Cylindrotheca sp. SH027) – 43.6%(Pseudo-nitzschia multiseries ), 유전자 (CDS, rRNA, tRNA)는 58개 (Nitzschia sp.JK013) - 69개 (Navicula ramosissima TA439) 이다. 33개 CDS의 아미노산서열 유합자료 (총 7,967 AA)를 이용하여 최적의 계통수 (maximum likelihood tree, ML tree)를 구축한 결과 COSCI이 가장 먼저 분기하였으며, MEDIO과 BACIL은 자매군 (ML bootstrap value, MLBt 100%)을 이루었다. Bacillariophyta에 속하는 3개 강은 각각 단계통성을 보였다 (MLBt: BACIL 100%, COSCI 100%, MEDIO 86%). BACIL의 Bacillariales목과 Naviculales목은 강한 단계통성을 보였다 (각각 100% MLBt). 돌말류 mtDNA의 전반적인 content는 Bacillariophyta에서 보존적 (58-69개 유전자)이나, synteny는 일부 유전자 클러스터 (rps8-rpl6-rps4-rps12-rps7-rpl14-rpl5-nad1-tatC)를 제외하고 매우 유동적이다. 돌말류 특이적 생태분자마커 선정을 위해 33개 CDS의 구조 및 염기서열 변이율을 비교하였다. 다수의 종에서 cox1 유전자는 여러 개의 exon,intron 및 intronic-orf를 포함하는데, exon의 수에 따라 e1, e2, e3, e4, e7 types로 구분할 수 있다. BOLID과 COSCI는 e1 type 만을 보인 반면, MEDIO에는 e1, e2, e7 types가 발견되었으며, BACIL에는 e1-e4 types를 볼 수 있다. 각 CDS에서, DNA alignment중 변위부위는 mtDNA 전체평균이 70.6%이며, 최저 35.1% (rps13)에서 최고 90.7% (rps4)를 보였다. 비교분석 결과 cob, cox2, nad5는 구조적 변이가 없는 안정적인 유전자로 비교적 적은 염기서열 비교에도 적절하며, 색소체 유전자 rbcL 보다 높은 변이율 (>32%)을 보였으며 돌말류 생태분자마커로 유용함을 나타내었다.
연구결과의 활용계획
돌말류의 mtDNA 정보는 새로운 분자마커개발, 생물다양성 이해 및 생태구조 변동성 모니터링 등 생태모델링 연구의 기초자료로 활용가능하다. 본 연구를 통하여 확보한 mtDNA 자료는 돌말류의 다양성을 이해하기 위한 기초자료로 활용할 수 있다. 형태적다양성을 반영한 보다 다양한 분류군의 mtDNA 자료를 확보해서 비교분석해야 할 것이다. 본 연구결과로 제시한 3개의 돌말류 생태분자마커 (cob, cox2, nad5)의 유용성은 현장시료를 이용한 후속연구로 검증할 것이다.
( 출처 : 한글요약문 4p )
Abstract
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Purpose&contents
New 18 mitochondria genome (mtDNA) of the marine diatoms were determined in the present study. Representative diatoms were collected field collection and isolated under the microscope in order to develop the culture collection. Total genomic DNA extracted from mass culture (minim
Purpose&contents
New 18 mitochondria genome (mtDNA) of the marine diatoms were determined in the present study. Representative diatoms were collected field collection and isolated under the microscope in order to develop the culture collection. Total genomic DNA extracted from mass culture (minimized contaminant condition) than used subsequent NGS analysis. Diverse de novo assemblers were applied to cover the mitochondrial contigs of the each taxa, than followed by scaffoldings and annotation.
Concatenated CDS data used to infer the best phylogeny, under the maximum likelihood (ML) criterion. The best tree used for systematic and evolutionary interpretations of diatoms. New molecular markers selected to increase our understandings on the diatoms diversity and ecological monitoring studies.
Result
Total 26 mtDNA of diatoms were analyzed, including Bacillariophyceae (BACIL; new 13 and GenBank 6), Bolidophyceae (BOLID; 0 and 1), Coscinodiscophyceae (COSCI; 2 and 0), and Mediophyceae (MEDIO; 4 and 1). In diatoms, size of complete mtDNA ranged from 32.8 Kb (Nitzschia sp. JK013) to 77.4 Kb (Phaeodactylum tricornutum);GC contents ranged from 25.9% (Cylindrotheca sp. SH027) to 43.6%(Pseudo-nitzschia multiseries), and the number of genes (CDS, rRNA, tRNA) ranged from 58 (Nitzschia sp. JK013) to 69 (Navicula ramosissima TA439). The best ML tree based on 33 CDS combined data (7,967 AA) supported that the COSCI positions in the basal within the Bacillariophyta. MEDIO and BACIL showed sister relationship with strong support values, 100% ML bootstrap (MLBt). Each class (BACIL, COSCI, and MEDIO) showed as monophyly with MLBt, ie., 100%, 100%, and 86%, respectively. In diatoms, overall gene contents of mtDNA were conserved throughout species, however, synteny showed highly vary. Only one cluster, rps8-rpl6-rps4-rps12-rps7-rpl14-rpl5-nad1-tatC relatively conserved among lineages.
Sequence alignment of each CDS were compared in terms of structure and divergence levels. In many taxa of cox1 gene, for example, consist of multiple exon, intron, and intronic-orf, thus classified into e1-e7 types based on number of exon. BOLID and COSCI showed only e1 type, however, MEDIO showed e1, e2, e4 and e7 types, and BACIL showed e1-4 types. Porportion of variable position for each DNA alignment ranged from 35.1% (rps13) to 90.7% (rps4). Based on the saturation tests, cob, cox2,and nad5 were selected as new ecological molecular markers of diatoms.
Expected Contribution
Newly determined mtDNA may useful for the diatoms diversity researches, such as systematics, diversity, and ecological monitoring and modeling. In order to address its morphological diversity corresponding to genetic diversity, more mtDNA data from more representative daitoms taxa required. Utility of new molecular markers,i.e. cob, cox2, and nad5, will be verified by using field sample in following study.
( 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 ... 6
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 15
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 16
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 16
- 8. 참고문헌 ... 16
- 9. 연구성과 ... 18
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 19
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 19
- 12. 기타사항 ... 19
- 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 20
- 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 32
- 끝페이지 ... 32
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