Phylogeographic study of trametes versicolor based on molecular sequences : 분자 염기서열에 의한 구름버섯의 계통지리학적 연구

류경환 서울대학교 대학원 2004 국내박사

구름버섯(Trametes versicolor)은 전세계적으로 분포하며 동담자균강의 구멍장이 분류군에 속한다. 구름버섯과 이와 관련된 종들의 계통학적 관계를 밝히기 위하여 핵의 ITS의 염기서열에 기초한 계통학적 분석들을 수행하였다. ITS 염기서열에 기초한 계통분석의 결과들은 Trametes (송편버섯속)이 Lenzites (조개껍질버섯속)과 Pycnoporus (간버섯속)에 계통학적으로 매우 가깝다는 것을 보여주었다. Trametes versicolor (구름버섯)은 T. ochracea, T. multicolor (밤색송편버섯), T. velutina, 그리고 T. pubescens 종들과 함께 ‘Trametes versicolor 복합종’을 형성하였으며, Trametes conchifer와 T. suaveolens (송편버섯)이 ‘Trametes versicolor 복합종’에 매우 가까운 유연관계를 나타냈다. ‘Trametes versicolor 복합종’내에서의 종간 경계는 ITS와 IGS1 계통도에서 모두 불확실하였으나 이들 종들간에 형태적인 특징들의 불일치로 보아 구름버섯이 ‘Trametes versicolor 복합종’내의 다른 종들과 확실히 구별되는 독립된 종으로 판단된다. 구름버섯은 자실체의 위 표면에 다양한 색의 띠를 갖는다. 띠의 색깔들은 개체가 갖는 유전적 특성들이나 주변 환경에 따라 변할 수 있다. 본 연구에서는 핵 리보솜 ITS1-5.8S-ITS2영역과 28S-IGS1 일부 영역을 이용하여 구름버섯의 유전적 변화량과 생물지리학적 분포를 고찰하였다. ITS와 IGS1의 염기서열은 구름버섯의 유전적 다양성이 그리 높지 않음을 보여주었다. ITS 염기서열에 기초한 계통학적 분석들은 구름버섯이 다섯 개의 주된 계통(lineage)으로 분화됨을 보여주었다. 분류군 1에 유럽과 대양주, 미주 대륙의 균주들이, 분류군 2에 동아시아 균주들이, 분류군 3에 유럽 균주들이, 분류군 4에 아프리카와 미주 대륙의 균주들이, 그리고 마지막으로 분류군 5에는 미주 대륙의 균주들이 분류군을 형성하였다. 일부 계통에서는 한 지역의 균주들이 다른 지역에서 유래된 균주들과 유전적으로 구분이 안되어 지역에 따른 경계가 명확하지 않았다. 이 같은 결과는 현재의 구름버섯의 지리적 분포가 분단 (vicariance) 분포보다는 분산 (dispersal) 분포에 의해 더 많은 영향을 받았고 장거리 분산이 구름버섯의 진화과정 동안 여러 번에 걸쳐서 일어났음을 시사해 준다. 또한, 구름버섯의 개체군들이 어떤 지역에서는 다른 지역의 개체군들과 유전적으로 완전히 고립되지 않았음을 보여준다. Trametes versicolor is a cosmopolitan species placed in the Polyporoid clade of Homobasidiomycetes. Phylogenetic analyses based on nuclear ITS sequences were accomplished in order to elucidate phylogenetic relationships of T. versicolor and related species. Results of ITS sequences analyses showed that Trametes is closely related to Lenzites and Pycnoporus. Trametes versicolor formed a 'Trametes versicolor complex' with T. ochracea, T. multicolor, T. velutina and T. pubescence. Trametes conchifer and T. suaveolence were connected directly to the 'Trametes versicolor complex'. Species delimitation within the 'Trametes versicolor complex' was uncertain in both ITS and IGS1 phylogenies. Discordance of morphological characters among those species suggests that T. versicolor is an independent species in comparison with other species in the 'Trametes versicolor complex'. Trametes versicolor has a variety of color bands on fruitbodies. The colors of the band can be variable, depending on the genetic properties of the organism and its environment. In this study, the genetic variation and phylogeographical pattern of this species were examined using the nuclear ribosomal ITS1-5.8S-ITS2 and partial 28S-IGS1 regions. The ITS and IGS1 sequences data indicated that T. versicolor is not so highly variable. Phylogenetic analyses showed that T. versicolor consists of five major lineages; Clade 1 of European, Oceanian and American origins, Clade 2 of Eastern Asian origin, Clade 3 of European origin, Clade 4 of African and American origins and Clade 5 of American origin. Some lineages were not strongly delimitated by geographical regions, which means that some strains from different geographical origins were genetically mixed together. The result suggested that the present geographic distribution of T. versicolor was more influenced by dispersal than vicariance and that T. versicolor strains were not completely isolated from one another in some regions and possible long distant dispersals were occurred several times during evolution.

한반도 구과식물의 분류학적 재검토 및 구상나무와 분비나무의 계통지리학적 연구

양종철 충북대학교 2017 국내박사

한반도 구과식물의 분류학적 재검토를 위하여 형태특성, 유전분석 등의 연구를 수행하였다. 연구결과 한반도 구과식물을 5과 12속 23종 5변종 총 28분류군으로 정리하였으며, 한반도 구과식물에 대한 검색표, 기재문, 분포도를 작성하여 제시하였다. 소나무과는 5속 12분류군으로 구상나무와 분비나무의 형태적 중복형질이 확인되었으며, 측백나무과는 3속 9분류군으로 눈향나무를 변종에서 종 수준으로 적용하였고, 어청도에서 해변노간주의 분포를 확인하였다. 개비자나무과는 1속 3분류군으로 수형에 따라 큰개비자나무, 눈개비자나무, 개비자나무로 구분하였다. 주목과는 비자나무속을 포함하여 2속 3분류군으로 설악눈주목에 대한 세부적인 분류학적 재검토가 필요할 것으로 판단한다. 나한송과는 1속 1분류군으로 신안군 가거도에서 나한송의 자생지를 확인하였다. 한반도 구과식물들은 대부분 동아시아지역에 제한적으로 분포하고 있으며, 기후변화에 따른 이들의 보전대책 마련이 필요할 것으로 생각된다. 구상나무와 분비나무의 형태적 구분형질이 모호함에 따라 집단별 유전정보 분석을 통한 계통지리학적 연구를 수행하였다. 총 19지역 247개체를 대상으로 mtDNA 3구간(nad5 intron 1, nad5 intron 4, cob_pre), cpDNA 1구간(trnV-UAC / trnT-GGU), nrDNA 1구간(ITS)의 유전분석을 수행하였다. 유전분석결과 mtDNA는 5개의 haplotype이 확인되었고, 지리적으로 4개의 그룹으로 나뉘었으며, 개체군 내 평균 유전다양성은 HS = 0.072, 전체 유전다양성은 HT = 0.639로 나타났다. cpDNA는 10개의 haplotype이 확인되었고, 지리적 경향성은 확인되지 않았으며, 개체군 내 평균 유전다양성은 HS = 0.552, 전체 유전다양성은 HT = 0.768로 나타났다. nrDNA는 모든 개체가 동일하게 관찰되었다. 구상나무는 빙하기에 북부지역의 조상종이 남하하여 분화되고, 후빙기에 중부지역까지 분포확장이 이루어진 것으로 판단되며, 지리적으로 속리산이남 지역 집단을 구상나무로 구분하는 것이 타당할 것으로 생각된다. 추가적으로 다른 유전형질을 가지는 월악산, 영축산 집단에 대해서는 인접지역 근연분류군과의 비교연구가 필요할 것으로 판단된다.

Phylogeography and taxonomic status of Korean Glandirana emeljanovi (Anura: Ranidae)

김동윤 서울대학교 대학원 2021 국내석사

Wrinkled frogs belong to the genus Glandirana that includes five species: Glandirana emeljanovi, Glandirana rugosa, Glandirana tientaiensis, Glandirana minima, and Glandirana susurra. Even though only a single species of wrinkled frogs is known to inhabit South Korea, there has been confusion on the exact classification of the species; it is described as G. rugosa or G. emeljanovi depending on the authors’ preference without sound evidence. According to original records, G. rugosa inhabiting Japan were designated as syntype and G. emeljanovi discovered at Imienpo station, Heilongjiang Province, China, were designated as holotype. In previous studies, South Korean wrinkled frogs are divided into two sublineages; they are genetically distinct from G. rugosa and are monophyletically related to G. emeljanovi. Nevertheless, because of the limitations in comparing South Korean wrinkled frog populations with a few individuals from China or Japan, accurate phylogenetic relations could not be determined. Therefore, this study used phylogenetic methods to compare and analyze samples from three wrinkled frog populations of South Korea, China, and Japan representing most of their range and attempted to infer the phylogeographic divergence and evolutionary history of South Korean wrinkled frogs. In this study, G. tientaiensis of the same genus and Rana huanrensis, Sylvirana guentheri, and Pelophylax nigromaculata of the same suborder Raninae were used as outgroups. We used the sequences of five mitochondrial loci (cytochrome b, 817 bp; D-loop, 765–774bp; 12S rRNA, 823–828bp; tRNA-val, 69–71bp; 16S rRNA, 62 bp). In total, we collected 319 wrinkled frog specimens; 304 individuals from 93 localities in South Korea; 2 from 1 locality in China; 13 from 3 localities in Japan. In addition, a sequence (KU641020) from one individual in Jilin, China, and four sequences (LC536281–LC536284) from NCBI GenBank were used as a homoeotype of G. emeljanovi and representatives of each regional group in Japan, respectively. Comparative analyses performed using a total of 2630 bp sequences from the South Korean, Chinese, and Japanese wrinkled frog populations revealed that the South Korean and Chinese populations formed a monophyletic taxon and both were genetically differentiated from the Japanese populations (G. rugosa). A total of 198 haplotypes were discovered in all the populations, of which haplotype 9 was the most common haplotype and was detected only at 21 localities in South Korea and in Liaoning and Jilin Provinces of China. When the results of this and previous studies were compared, South Korean wrinkled frogs were found to be identical to Chinese G. emeljanovi; hence, the nomenclature of South Korean wrinkled frogs as G. emeljanovi was judged to be reasonable. Furthermore, populations of G. rugosa were shown to be paraphyletic with G. tientaiensis. Phylogenetic analyses also revealed that wrinkled frogs in South Korea were divided into two sublineages, A1 and A2. Sublineage A1 was distributed in the north central region of Gyeongsang Province and was separated from the distribution of sublineage A2 in South Korea. A few sympatric areas were detected in the southern part of Gyeongsang Province. The results of barrier test showed the presence of genetic barriers between regions where allopatry was established between the two sublineages. As per this test, the Sobaek Mountain Range and the southern Sudo and Biseul ridge lines were assumed to function as geographic barriers for two sublineages. We performed MANTEL test to determine the dispersal history by comparing four hypotheses based on dispersal mechanisms. Wrinkled frogs in South Korea had significantly positive correlation with dispersal via independent freshwater streams (hypothesis 2) and paleostreams (hypothesis 3). Conversely, low level of correlation was found for the other hypotheses suggesting unlikely dispersal via coastlines (hypothesis 1) and direct dispersal (hypothesis 4). The time of population expansion was about 46,000 years ago (YA) for sublineage A1 and 58,000 YA for sublineage A2. Thus, population expansion of the two sublineages in South Korea was estimated to have occurred during the late Pleistocene of Quaternary. We attempted to infer the evolution history of South Korean wrinkled frogs by combining the results of previous historical geologic studies focusing on the Korean Peninsula. South Korean wrinkled frogs diverged into two sublineages owing to geographic barriers. These barriers are formed by the Sobaek Mountain Range that stretches northeast to southwest of the southern Korean Peninsula and the Sudo and Biseul ridge lines dividing the middle region of South Gyeongsang Province. Geological topology was formed by weathering and erosion. The formation of freshwater streams in the Korean Peninsula was shown to be mostly affected by mountain range formation during the Miocene, and its pattern was stabilized during the Pleistocene. In particular, Nakdong watershed basin isolated by the Sobaek Mountain Range could affect the divergence of the two sublineages of South Korean wrinkled frogs that depend on dispersal within independent freshwater streams. Moreover, the formation of land and freshwater streams on the East Sea near Tsushima Island, the Yellow Sea, and the South Sea were assumed to influence not only the speciation of G. emeljanovi and G. rugosa, but also the formation of sublineages within each species. In conclusion, we revealed that South Korean wrinkled frogs were clearly differentiated as distinct species from Japanese G. rugosa and formed a monophyletic lineage with Chinese G. emeljanovi. We showed that South Korean wrinkled frogs dispersed by independent freshwater streams and then diverged into two allopatric sublineages due to the changes in climate and sea level. Thus, this study suggests the rational basis of using G. emeljanovi as the species name for South Korean wrinkled frogs and provides information on their evolutionary history by inferring the dispersal and divergence processes of two sublineages of South Korean wrinkled frogs and three sublineages of Japanese wrinkled frogs. However, further studies are required for detailed genetic monitoring of the subpopulation in sympatric areas that were discovered in Chupungryeong and Yangsan fault in our study. 옴개구리(wrinkled frog)는 옴개구리속(Genus Glandirana) 무미양서류로써 이에 속하는 다섯 종, G. emeljanovi, G. rugosa, G. tientaiensis, G. minima, G. susurra가 분류되어 있다. 한국에는 옴개구리 종 하나만 서식하고 있지만, 이 종은 G. rugosa 혹은 G. emeljanovi로 혼용되어 기재되어 있다. 원기재 기록에 의하면 G. rugosa는 일본에 서식하는 옴개구리를 총모식표본(syntype)으로 삼아 발표하였고, G. emeljanovi는 중국 흑룡강성 일면포역에서 발견한 옴개구리를 완모식표본(holotype)으로 삼아 발표하였다. 선행연구에 따르면 한국 옴개구리는 지역에 따라 두 개 아계통군(sub-lineage)을 형성하며, 일본 옴개구리 G. rugosa와 유전적 차이가 있고, 중국 옴개구리와는 단계통군(monophyletic taxon)을 형성한다고 알려져 있다. 그러나 한국 개체군을 분석하면서 일본 개체와만 비교하거나, 또는 한국과 중국 개체를 비교하는 데 그쳐 한국 옴개구리 의 정확한 계통분류학적 관계를 추정하는 것에 어려움이 있었다. 따라서 본 연구는 옴개구리의 분류학적 쟁점을 해결하고자 한국, 중국, 일본 옴개구리 개체군 시료를 모두 이용하여 계통유전학 분석기법을 이용하여 통합적으로 비교·분석하였다. 또한, 한국 옴개구리의 계통지리적 분화 및 진화역사 추론을 시도하였다. 이를 위해, 미토콘드리아 DNA 유전자 5개(Cytochrome b, 817bp; D-loop, 765~774bp; 12S rRNA, 823~828bp; tRNA-val, 69~71bp; 16S rRNA, 62bp)의 염기서열을 분석하였다. 본 연구에 사용된 옴개구리 유전자 시료는 총 324개체로부터 수집하였으며, 남한 93개 지역 304개체, 중국 2개 지역 7개체, 일본 3개 지역 13개체의 유전자 시료를 직접 수집하였다. 이와 더불어 G. emeljanovi의 동모식표본으로써 중국 길림성 개체(KU641020)와 일본 내에서 지역적으로 뚜렷한 그룹으로 나뉘는 지역별 4개체의 염기서열 정보(LC536281~LC536284)를 미국 국립생물정보센터(NCBI) GenBank에서 얻어 분석에 사용하였다. 아울러 G. tientaiensis와 더불어 Raninae아과에 함께 속하는 Rana huanrensis, Sylvirana guentheri, Pelophylax nigromaculata를 outgroup으로 사용하였다. 총 2,630개 염기서열을 얻어 한국, 중국, 일본 옴개구리 개체군을 통합적으로 비교한 결과, 한국과 중국 개체군은 모두 일본 개체군과 유전적으로 뚜렷하게 구분되었다. 또한, 한국과 중국 옴개구리는 함께 단계통군을 형성하는 것을 확인하였고, 총 198개 하플로타입(Haplotype)을 발견하였다. 그 중 하플로타입 9는 대표적인 하플로타입으로서 중국 지린성(동모식표본, KU641020) 및 랴오닝성과 남한 21곳에서만 관찰되는 것으로 파악되었다. 본 연구결과와 기존 연구들을 종합적으로 고찰해 볼 때, 한국 옴개구리는 중국 옴개구리와 함께 학명 G. emeljanovi에 속하는 동일종으로 취급하는 것이 타당하리라 사료된다. 한편 일본 G. rugosa는 중국 G. tientaiensis와 함께 측계통군(paraphyletic taxon)을 형성하는 것을 확인하였다. 한국 옴개구리 개체군을 분석한 결과, 한국 옴개구리는 두 개의 아계통군, A1과 A2로 나뉨을 확인하였다. 아계통군 A1은 경상도 중북부 지역, 아계통군 A2는 그 외 대부분의 내륙 지역에 분포하며 경상도 남부 일부 지역에서 공서지역이 확인되었다. 또한, Barrier test를 시행하여 두 아계통군이 이소성을 형성하는 지역 사이에 유전적 장벽이 존재함을 확인하였고 이는 소백산맥과 남부의 지맥이 지리적 장벽을 형성하여 영향을 미친 것으로 사료된다. 두 아계통군이 분화한 원인을 알아보기 위해 확산경로를 추정하는 네 가지 가설을 수립하고 MANTEL test를 실시하여 각 가설을 비교하였다. 그 결과, 독립된 각 민물수계 내에서 확산한다는 가설(가설2)과 마지막 최대 빙하기(LGM, last glacial maximum) 동안 연장 형성된 고대 민물수계를 통해 확산했다는 가설(가설3)에서 유의미한 상관관계를 확인하였다. 연안 및 기수지역을 통해 이동할 수 있다는 가설(가설1)과 직선거리로 가까운 지역으로 확산한다는 가설(가설4)에서는 낮은 상관관계를 확인하였다. 개체군 확장 시점은 아계통군 A1이 약 46,000년 전, 아계통군 A2가 약 58,000년 전인 것으로 계산되었다. 따라서 두 아계통군 모두 제4기(Quaternary) 후기 홍적세(Late Pleistocene)에 개체군 확장이 시작된 것으로 추정되었다. 위 연구결과와 선행된 한반도의 지사학적 연구를 종합하여 한국 옴개구리의 진화역사 추론을 시도했다. 한국 옴개구리는 한반도 남부를 동북~서남 방향으로 가로지르는 소백산맥과 경상남도 중부지역을 나누는 수도지맥, 비슬지맥을 지리적 장벽으로 삼아 현재 두 아계통군으로 나뉜다. 중신세(Miocene) 동안에 형성된 산맥들은 한반도 민물수계 형성에 직접적인 영향을 미쳤으며, 민물수계는 홍적세(Pleistocene)를 거치면서 수계형태가 안정된 것으로 알려져 있다. 특히 소백산맥으로 분리된 낙동강 수계의 고립은 독립된 민물수계 내 확산에 의존하는 한국 옴개구리가 두 아계통군을 분화시키는 역할을 했을 가능성이 크다고 사료된다. 또한, 홍적세(Pleistocene) 동안 서해, 남해, 대마도 인근 동해 지역에서 반복적으로 형성된 육지와 민물수계는 중국을 비롯한 한반도의 G. emeljanovi와 일본의 G. rugosa 사이의 종분화 뿐만 아니라 각 종 내 아계통군 형성에도 밀접한 영향을 미친 것으로 판단된다. 결론적으로 본 연구결과 한국 옴개구리는 두 개의 아계통군이 존재하며 유전적으로 일본 G. rugosa와 뚜렷하게 다른 종으로 분화했음을 확인하였고, 중국 G. emeljanovi와 단계통군을 형성함을 확인하였다. 또한, 한국 옴개구리가 독립된 민물수계 내 확산을 통해 진화해왔으며 후기 홍적세의 기후 및 해수면 변동으로 인해 지리적으로 분리된 두 개의 아계통군으로 분화되었음을 추정하였다. 따라서 본 연구에서 한국 옴개구리 학명은 G. emeljanovi로 사용함이 더 합리적임을 제시하였고, 한국 G. emeljanovi에서 2개의 아계통군과 일본 G. rugosa에서 3개의 아계통군을 확인하였으며, 이들의 확산과 분화과정을 추론함으로써 진화역사에 대한 기초자료를 제공한 데 의의가 크다고 판단한다. 그러나 연구결과 추풍령 지역과 양산단층대 지역에서 한국 G. emeljanovi의 두 아계통군이 모두 서식하는 공서지역이 발견되었고, 이 지역에 대한 추가적인 관찰과 연구를 제안한다.

한국산 바위떡풀의 분자계통지리학적 연구

백상훈 경북대학교 대학원 2018 국내석사

Saxifraga fortunei, a perennial berb species, is widely distributed in Eastern Asia and two varieties which are morphologically similar to each other have been reported in Korea. One is Saxifraga fortunei var. incisolobata (Engl. & Irmsch.) Nakai which found in high and humid mountain and the other is Saxifraga fortunei var. pilosissima Nakai which is well-known endemic taxa of Ulleung-island, an eastern volcanic island of Korea. Even though some taxonomist had described morphological differences between them, it is difficult to recognize each other due to the overlapped characteristics so that it has been still argued the relationship and taxonomical status between them. To make clear their relationship and understand their evolutionary history, the new identification characters and genetic diversity for two varieties were analyzed in this study. S. fortunei var. pilosissima was collected 2 populations from Ulleung Island and S. fortunei var. incisolobata was collected 15 populations from inland of Korean peninsular. Total nine characters were compared in this study and the sequences of two cpDNA non-coding regions(trnL-F, psbA-trnH) were analyzed. As a result, identification characters that can distinguish these two species were found. these identification characters had differences between the number of lobe in leaf and leaf serrate and teeth of leaf. Besides, these two species represented the differences between stipule of scape and stipule of leaf base and ripened ovary color. Based on the results of sequence variation, 12 different haplotypes in this study were found. S. fortunei var. incisolobata had 10 haplotypes and formed two clades(Inland typeⅠ,Ⅱ) and S. fortunei var. pilosissima had 2 haplotype and formed one clade(Island type) which is separated from the others. Especially, S. fortunei var. incisolobata was collected in Nikko, Japan, was contained in this clade. Besides, Korean S. fortunei var. incisolobata and Japanese S. fortunei var. incisolobata don’t form the same group. It represented that S. fortunei var. pilosissima have genetically diverged from S. fortunei var. incisolobata in spite of high morphological similarity. Also, It suggests that S. fortunei var. pilosissima may originate from S. fortunei var. incisolobata in Japan. Furthermore, S. fortunei var. incisolobata had a high genetic diversity. It showed that S. fortunei var. incisolobata was more dynamic relationship in the populations than S. fortunei var. pilosissima. However. to get the more informations, further studies are expected to be need in Japan, China and Russia as well as Korean Saxifraga fortunei.

울릉도 자생 사초속(Carex L.) 3분류군의 계통지리학적 연구

김영수 경북대학교대학원 2021 국내석사

Ulleung-island is Oceanic island located on East Sea and has never been connected to the continent. So It is the best place to study the evolution of plants. Although there are differences of opinion depending on scholars, about 40 species is endemic at Ulleung-island and the study of Ulleung-island plants is also focused on the study of endemic plants. But There is no research on the Carex L. of Ulleung-island due to lack of basic research data and difficulties in identification. So In this study, I research external morphological comparison and Phylogeographic on C. boottiana, C. matsumurae and C. blepharicarpa that grow on Ulleungdo. Through this, the three species are clearly identified, while revealing genetic structure and diversity and estimating the dispersal route. C. boottiana was collected 18 populations from Korea and Japan, C. matsumurae and C. blepharicarpa was collected 9 and 5 populations from Korea. Quantitive and qualitative characters were compared and two cpDNA non-coding region(trnL-trnF, atpI-atpH) was analysed. As a result, three is some diagnostic characters that can distinguish these three species. I was able to identify three species through leaf width, Pistillate scale and Staminate scale shape and color. Additionally Staminate scale shape mutations were found in the C. boottiana. The molecular data show distinguished sequence among 3 species. And there is no variation in C. matsumurae and C. blepharicarpa populations. But among C. boottiana populations, there is 3 different haplotypes and It was geographically separated. First type appeared in the east sea, Second type is in south sea and last type is located in west sea. This haplotype distribution pattern of C. boottiana seems to due to oceanic current like Kuroshio Branch Current.

울릉도 섬벚나무의 종내변이와 분자계통지리학적 연구

권형민 경북대학교 대학원 2011 국내석사

The genus Prunus L. belongs to the subfamily Prunoideae of the Rosaceae, and consists of about 400 species in the worldwide regions. P. takesimensis, endemic to Ullung Island, belongs to the Sect. Cerasus Miller. Ullung Island, formed about 180 million years ago, is volcanic origin and located 137 km east of mainland Korea. Morphological study reveals that P. takesimensis has a close phylogenetic relationship to P. sargentii. But, Molecular study reveals that P. takesimensis is a close phylogenetic relationship to P. serrulata var. spontanea. The aim of this study is to investigate intraspecific variation and distribution pattern of P. takesimensis through sequencing analysis of three regions (trnL-trnF, trnS-trnG, trnH-psbA) of chloroplast DNA using P. takesimensis which inhabits in Ullung Island, P. leveilleana, P. sargentii, P. serrulata var. spontanea in Korea peninsula, P. yedoensis, P. pendula for. ascendens in Jeju Island and P. incisa in Japan. Sequencing analysis reveals chloroplast DNA types. The Ten chloroplast DNA types were divided into 2 groups (Ullung Island-Korea peninsula, Jeju Island-Japan) by 8 base insertion of the trnH-psbA intergenic region. Of the ten chloroplast DNA types, P. takesimensis was found in 4 types (PR04, PR06, PR07, PR09). PR06 and PR07 types contain only P. takesimensis but PR04, PR09 types contain P. takesimensis, P. leveilleana, P. sargentii. This result suggests that P. takesimensis is multiple origins and P. leveilleana, P. sargentii from Korea peninsula is a continental progenitor. Also, chloroplast capture and anagenesis aspect of P. takesimensis were involved in ancient introgressive hybridization.

Molecular population genetic and phylogeographic studies on three animal groups inhabiting different habitats in Korea

정종우 서울대학교 대학원 2004 국내박사

Phylogeographic analyses of Irpex lacteus based on ITS region and AFLP fingerprinting

박채행 서울대학교 대학원 2006 국내석사

Molecular phylogeography of Bufo gargarizans in East Asia

이창훈 서울대학교 대학원 2020 국내석사

Conservation genetics is a new field of study that applies genetics to wildlife conservation. If the basic unit of conservation of taxonomic system is unclear, inappropriate decisions could be made. Therefore, clarifying taxonomic uncertainty and conservation units through phylogenetic analysis would be the basis of conservation and an important part of conservation genetics. The genus Bufo is the true toad group in the family Bufonidae. Two Bufo species, B. gargarizans and B. stejnegeri, inhabit South Korea. According to previous studies on B. gargarizans, there are definite genetic differentiations between the Korean and Chinese populations. Therefore, to elucidate the species status and the genetic diversity of B. gargarizans throughout China, Russia, North Korea and South Korea, this study analyzed three mitochondrial DNA loci (CO1, Cytb, ND2) and five nuclear introns (Sox9-2, Rho-3, CCNB2-3, UHC-2, DBI-2). Genetic data were collected from 292 B. gargarizans individuals from four countries (China, North Korea, South Korea, and Russia). Among them, 165 Chinese samples were from GenBank, while the remaining 127 were newly sequenced in this study. The phylogenetic trees constructed using mitochondrial genes showed that B. gargarizans was divided to West population (China main land) and Northeast population (Northeast China, Russia and Korean Peninsula). As with previous studies of this species, this study recovers population genetic structure not tied to geographic regions. Additionally, this study discovers a new genetic clade restricted to Northeast Asia that points towards the Korean Peninsula being a glacial refugium during the Pleistocene. These results and experience with this species suggest that the weak phylogeographic pattern observed in this study is the result of multiple influences of robust dispersal abilities resulting from ecological characteristics, human translocation, geologic activity, and glacial cycles of the Pleistocene. The results of this research clarified the distribution patterns and genetic status of each clades for B. gargarizans through genetic analysis from the perspective of conservation genetics, and it is meaningful to establish basic data for conservation. This study highlights the influence of complex geologic and climatic history of Northeast Asia on the pattern formation of amphibian fauna in this region and encourage further research to understand its impact on the biodiversity in the region. 보전유전학은 야생동물의 보존을 위해 유전학을 적용하는 연구 분야이다. 보전을 위한 기본단위와 분류 체계가 불분명할 경우 보전대상을 선정하는 과정에서 적합하지 않은 결정이 발생할 수 있다. 따라서 계통유전학적 분석을 통해 분류학적 불확실성을 해소하고 보전단위를 명확히 하는 것은 보전의 기초가 되며, 보전유전학의 중요한 부분이다. 두꺼비 속(Genus Bufo)은 두꺼비 과(Family Bufonidae)에서 큰 몸 크기, 거친 피부, 눈 뒤의 독샘 등의 해부학적 특징을 갖는 진정한 두꺼비 속으로 분류된다. 한국에는 두꺼비 속 2종 (두꺼비 B. gargarizans, 물두꺼비 B. stejnegeri)이 서식하고 있으며, 두꺼비는 우리나라에서 동화 (콩쥐·팥쥐, 은혜 갚은 두꺼비), 동요 (두껍아·두껍아·헌 집 줄께·새 집 다오), 마스코트 (진로 소주), 유물 (고구려 벽화), 일반명사 (전원차단기-두꺼비집) 등 우리 문화 속에서 대중에게 매우 친숙한 양서류이다. 선행연구에 따르면 한국의 두꺼비 집단은 중국의 두꺼비 집단과 유의미한 유전적 차이가 있다고 밝혔다. 따라서 본 연구는 동아시아 전역 (중국, 러시아, 북한, 한국)에 걸쳐 분포하는 두꺼비에 대한 종 지위와 유전적 분화양상을 확인하기 위하여, 3개의 mitochondrial DNA 유전자(CO1, Cytb, ND2)와 5개의 nuclear DNA 유전자(Sox9-2, Rho-3, CCNB2-3, UHC-2, DBI-2)를 분석하였다. 본 연구에 사용된 두꺼비 샘플 수는 총 292개체였으며, 이중 127개체 (한국 87개체, 중국 34개체, 러시아 3개체, 북한 3개체)의 유전자 시료를 직접 수집하였다. 나머지 165 개체는 GenBank의 염기서열을 분석에 이용하였다. 3개의 mitochondrial DNA 유전자(CO1, Cytb, ND2)를 이용한 계통도에서 각각의 결과는 중국 서부의 두꺼비 집단과, 중국 동북부, 극동러시아, 북한, 한국의 집단이 유전적으로 구분되는 것이 확인되었다. 이 동북아시아 지역의 집단은 고유한 진화역사와 유전다양성을 갖고 있는 것으로 확인되었다. 또한, 가장 많은 개체수와 분석을 진행한 ND2의 결과에서는 2011년 Zhan과 Fu의 선행연구와 마찬가지로 중국 내 두꺼비 집단에서 유전적인 차이는 있지만 지역적으로 구분되지는 않는 유전적 분화 양상이 확인되었다. 본 연구에서 수행한 분화연대시기 추정 결과 두꺼비는 약 476만 년 전 분화했으며, 한반도를 포함한 북동아시아 지역의 집단은 약 225만 년 전인 홍적세 (플라이스토세: Pleistocene) 초기에 분화한 후 집단 내 분화는 약 107만 년 전, 약 61만 년 전 등 현세 (홀로세: Holocene)에 발생한 것으로 추정되었다. 또한 북동부 아시아 지역을 대상으로 한 하플로타입(Haplotype) 네트워크 분석결과 한국지역이 하플로타입 다양성이 가장 높았으며, 현재의 분포양상은 동북아시아 집단이 빙하기 이후 북쪽으로 확장한 결과로 추측되기 때문에 한반도는 빙하기 기간 동안 피난처(refugium) 역할을 한 것으로 추정된다. 본 연구결과 현재와 같은 두꺼비 집단의 분포양상은 두꺼비의 생태적 특징, 인간의 간섭, 지질 활동, 홍적세 기간의 빙하주기에 따른 결과인 것으로 추정된다. 이 연구는 동북부 아시아의 복잡한 지질학적, 기후적 역사로 인한 두꺼비의 분포를 추정하였으며, 동북아시아 지역의 생물다양성에 영향을 미치는 여러 요인들을 이해하기 위한 추가적인 연구의 필요성을 제안한다. 또한, 이 연구결과는 보전유전학의 관점에서 유전자 분석을 통해 두꺼비의 집단 간 분포양상과 유전적 지위를 더 명확하게 하였으며, 보전을 위한 기초자료를 구축한 것에 의미가 있다.

Endo-parasites and pathologic findings in narrow-ridged finless porpoise (Neophocaena asiaeorientalis) habiting in Korean seas

김선민 서울대학교 대학원 2020 국내박사

상괭이(Neophocaena asiaeorientalis)는 동아시아에 분포하는 소형 쇠돌고래이다. 최근 그 개체수가 급감하며 멸종위기종으로 분류되고 있다. 한국 바다는 현재 가장 많은 수의 상괭이가 서식하는 곳으로 최근 몇 년간 종 보전을 위한 여러 연구가 수행되어 왔다. 하지만 상괭이의 감염성 질병에 대한 국내 연구는 전무한 상황이다. 상괭이의 기생충성 질병에 대한 분석을 위해 2016년부터 2019년까지 4년 동안 총 107마리의 상괭이를 부검하여 여러 장기의 내부기생충을 채집하였다. 이 기생충들을 기생 부위별로 나누어 형태학적, 유전학적인 방법으로 종 동정을 실시하였다. 총 8종의 선충 (Parurus asiaeorientalis, P. sunameri, Stenurus nanjingensis, Halocercus pingi, H. sunameri, H. taurica, Anisakis pegreffii and Crassicauda magna)과 6종의 흡충 (Nasitrema sunameri, N. spathulatum, N. dalli, Campula oblonga, Synthesium tursionis and S. nipponicum)과 한 종의 조충 (Diphyllobothrium fuhrmanni)이 동정되었다. 이 중 N. dalli와 S. nipponicum은 상괭이 감염의 첫 보고이다. 각 기생충의 유병률은 숙주의 체장, 즉 성장 단계과 유의미한 관련이 있었으며, 이를 통해 H. pingi와 Crassicauda를 제외한 모든 종이 먹이원을 통해 감염되는 것으로 추정된다. 동, 남, 서해의 세 지역에 따른 유병률 차이 및 성별에 따른 유병률 차이는 모든 종에서 유의하지 않은 것으로 드러났다 (P>0.05). 기생충 감염은 숙주의 건강 상태, 질병, 좌초 행동 및 더 나아가 집단의 생존에 영향을 미칠 수 있다. 멸종 위기인 상괭이의 종 보전을 위해 기생충이 숙주에 미치는 영향을 정확히 판단하는 것은 매우 중요하다. 내부 기생충 감염으로 인한 병리적 병변이 발생한 조직에 대하여 육안 및 조직학적 분석을 실시한 결과, 위에서는 궤양, 미란, 출혈, 울혈, 색소 침착, 점막 비후, 박리, 경화, 천공과 과각화 및 위염 등의 다양한 증상이 발견되었다. 간에서는 육아종성 병변 및 담관 벽 비후가 주로 나타났으며, 유선에서는 결절 및 선충 감염에 의한 것으로 추정되는 상피근종 소견이 보였다. 폐에 기생하는 선충은 석회화 결절, 울혈, 기종, 수종 등의 육안적 소견과 기관지 폐렴 및 다발성 기관지염 등의 조직병리학적 소견을 보였다. 이 중 Halocercus pingi는 어미로부터 수직감염되는 것으로 추정되며, 중감염되는 경우 신생 동물의 호흡을 방해해 생존에 치명적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 이 종의 정확한 감염 기전을 밝히기 위해서는 태아에의 감염 또는 유즙 내 충란의 존재를 확인해야 한다. 기생충이 숙주에 미치는 병리적 영향에 대한 보다 정확한 분석을 위해서는 각 기생충의 정확한 생활사 규명이 수반되어야 할 것이다. 바다에 서식하는 기생충 중 가장 많은 연구가 이루어져 비교적 그 정보가 많은 아니사키스 종에 대한 계통분류학적, 계통지리학적 분석을 실시하였다. 동해, 남해 및 서해의 세 해역에서 수집한 상괭이의 위에서 검출된 아니사키스는 모두 Anisakis pegreffii로 동정되었다. 각 해역별로 30마리씩, 총 90마리의 A. pegreffii 세 유전자 (ITS, rrnS 및 cox2) 시퀀스를 분석한 결과, 두 종류의 미토콘드리아 유전자 (rrnS, cox2)의 유전적 다양성은 높은 편이나 핵 유전자 (ITS)는 단 하나의 하플로타입을 나타내었다. 세 해역간의 집단 구조는 없는 것으로 밝혀졌다. 다양한 숙주를 가지는 아니사키스의 간접 생활사 및 세 해역을 분리할만한 지형적 장애물이 없는 지리적 특징이 아니사키스의 유전자 흐름을 원활하게 하는 요인으로 분석된다. 보다 정확한 요인 분석을 위해 아니사키스 속의 중간숙주인 어류, 두족류 및 종숙주인 다른 해양 포유류의 국내 아니사키스 감염 현황에 대한 종합적인 연구가 추가적으로 이루어져야 할 것으로 생각된다. 세 유전자 중 분화 정도가 가장 높은 미토콘드리아 cox2 유전자를 Genbank에 등록된 세계 여러 해역의 하플로타입과 비교 분석하였다. 그 결과, 한국을 포함한 전 세계의 하플로타입은 크게 두 그룹으로 나뉘었으며 물리적 거리에 비례하는 유전적 거리와 panmixia가 동시에 나타나는 경향을 보였다. 한국 바다에 서식하는 상괭이의 내부기생충을 동정하고 숙주의 성장 단계, 성별 및 서식 해역에 따른 유병률을 조사하여 전체적인 감염 현황을 정리하였다. 상괭이의 위, 장, 간, 폐, 두개골 내 공간, 유선 및 근육 등 다양한 내부 장기에는 선충, 흡충 및 조충이 감염되어 있었다. 대부분의 기생충들은 성장 단계에 따라 식이성으로 감염되는 것으로 확인되었다. 몇 종의 기생충은 상괭이의 건강 상태에 위협이 되고 있다. 멸종 위기에 처한 상괭이의 종 보전을 위해 보다 광범위하고 체계적이며 지속적인 모니터링이 절실히 필요하다. The narrow-ridged finless porpoise (Neophocaena asiaeorientalis) is a small porpoise distributed in East Asia from Taiwan to Japan. The largest number of narrow-ridged finless porpoises inhabit the Korean seas. Several studies were performed to aid the conservation of the species there. However, research on infectious diseases was not performed for this species in Korea. Therefore, parasitic infestations in this species were studied as the first step of research on infectious diseases in narrow-ridged finless porpoises captured in the seas around the Korean peninsula. The narrow-ridged finless porpoises are classified as an endangered species because the population has recently declined sharply in all the countries they inhabit, including Korea, Japan, and China. The purpose of this study is to collect basic biological information about the species which is the most numerous and common in Korean seas, using analyses of parasites as an ecological indicator. During five years (2016 - 2019), a total of 107 narrow-ridged finless porpoises were dissected to examine parasitogenic diseases. The endo-parasites were collected from their organs and tissues during dissection. The collected parasites were classified according to the collected organ, morphological characteristics, and phylogenetic groups. Eight species of nematodes (Parurus asiaeorientalis, P. sunameri, Stenurus nanjingensis, Halocercus pingi, H. sunameri, H. taurica, Anisakis pegreffii and Crassicauda magna) and six species of trematodes (Nasitrema sunameri, N. spathulatum, N. dalli, Campula oblonga, Synthesium tursionis and S. nipponicum) and one cestode species (Diphyllobothrium fuhrmanni) were identified. Two trematodes, N. dalli and S. nipponicum, were first recorded from this porpoise species in this study. The parasite prevalence was significantly related with total body length of the host (in terms of growth stage), suggesting that the porpoise are infected with the parasites except H. pingi and C. magna, through taking food in the seas. The relationship between prevalence of the parasites and sea sector or host sex was not statistically significant (p>0.05). The parasitic infections in the narrow-ridged finless porpoise should be comprehensively surveyed to conserve more effectively this endangered species. The parasitic infections caused gross and pathological lesions in the stomach such as ulcer, erosion, hemorrhage, congestion, mottled macular pigmentation, mucosal hypertrophy, desquamation, solidification, perforation, hyperparakeratosis, and gastritis. In the liver, granuloma and hyperplasia of the bile duct wall were frequently observed. In the mammary glands, solid nodules and myoepithelioma were found. Lung nematodes were found provking the calcified nodules, congestions, emphysema and edema and also histopathological lesions such as bronchopneumonia and multifocal bronchitis. The lungworm, H. pingi was considered to be infected vertically from dam to fetus or calf. When heavily infected, it could be lethal to the neonates by disturbing breathing. To elucidate a mode of infection of this species, infection in fetus and/or existence of eggs in milk of the dam should be investigated. The complete life cycle of each parasite should be investigated for a more accurate examination of the pathological effect on the host species. Phylogenetic and phylogeographical analyses of Anisakis which has been intensively studied compared with other marine parasites were carried out. All nematodes from the stomachs of narrow-ridged finless porpoises inhabiting the three sea sectors of the Korean peninsula—the East sea, the Southern sea, and the Yellow sea—were identified as A. pegreffii. Three genes of 30 worms each from the sea, 90 worms in total were sequenced and analyzed. The mitochondrial genes were highly diverse, while the nuclear genes were conserved, showing only one haplotype in one gene. No genetic population structure among the three sea sectors was found. The indirect life cycle of A. pegreffii which has various intermediate and definitive hosts was analyzed as the factors that facilitate gene flow of A. pegreffii. The topographical features of Korean waters, which have no geographical barrier to separate the three seas were also could make high gene flow of A. pegreffii. A more accurate factor analyses would require a comprehensive examination of the infectious status of the genus Anisakis in other species, including fishes and cephalopods as intermediate hosts, and other final cetacean hosts. The most differentiated gene among the three genes, mitochondrial cox2 gene were compared with haplotypes from worldwide oceans registered in Genbank. The haplotypes of worldwide oceans including the Korean haplotypes from this study were largely divided into two groups. Both of genetic distance related to geographical distance and panmixia of haplotypes were observed. Collectively, this study clarified infection status of the endo-parasites in the narrow-ridged finless porpoises in Korean seas. The narrow-ridged finless porpoises were infected with nematodes, trematodes and cestode in various internal organs. Most of the helminth species were found to infect to the hosts by preying related to growth stage. Several parasite species were found to be fatal to the health status of the narrow-ridged finless porpoises. More extensive, systematic and continuous monitoring are strongly needed for conservation of the species.