조피볼락 Sebastes schlegeli 의 microsatellite marker 개발 및 자연산과 양식산의 유전적 다양성 분석에의 적용

Abstract

1. Microsatellite marker 개발 본 연구에서 개발된 16개의 marker 중에서 PCR 증폭이 잘 이뤄지지 않은 6개의 marker (KSs7, KSs12B, KSs17, KSs19B, KSs26, KSs27B)는 flanking 부위의 염기 차이 때문에 primer의 결합이 잘 일어나지 않은 것으로 보인다. Microsatellites는 돌연변이로 null 대립유전자를 가져 (Jones and Ardren, 2003) genotyping을 어렵게 만든다. 2. 조피볼락 자연산 네 집단간의 유전적 다양성 4개의 자연산집단과 1개의 양식산집단 모두에서 HWE의 이탈 (P<0.05)이 관찰되었다. 부안 자연산집단에서는 KSs5와 KSs8에서, 여수 자연산집단에서는 KSs5, KSs6, KSs11B에서, 동해 자연산집단에서는 KSs5, 제주 자연산집단에서는 KSs5, 태안 양식산집단에서는 KSs5와 KSs8에서 Bonferroni correction for multiple tests 한 후 HWE 이탈이 관찰되었다. KSs5가 모든 집단에서 HWE 이탈을 보였는데 이것은 동형접합성 부족을 보여 증폭된 유전자형을 읽을 때 오류가 있었을 것으로 보인다. 제주 자연산집단에서는 KSs2A도 HWE의 이탈에 있었으나 Bonferroni correction for multiple tests를 수행한 후 Fis가 유의적으로 나타났다 (P>0.05). 부안 자연산집단의 KSs8과 여수 자연산집단의 KSs6과 11B에서는 HWE에서 벗어났을 뿐만 아니라(P<0.05) Fis가 유의적이다 (P<0.05). 이것은 일반적으로 이형접합성의 부족에 의해 벗어난 것으로 보인다. 이와 같은 이형접합성의 부족 또는 동형접합성초과에 따른 Hardy-Weinberg 평형의 이탈은 (1) PCR 증폭과정에서 큰 size 대립유전자에서의 반복부위 "결실" : PCR 동안 큰 size 대립유전자의 결실이 사람(Day 외. 1996), 밍크고래(Van Pijlen 외 1995)와 연어(Banks 외 1999)에 대해서 보고되었다. (2) 적은 샘플 수 : microsatellite DNA에 빠른 돌연변이율, 대립유전자의 수, 샘플 수가 genotypic 빈도에 영향을 미친다 (Ruzzante, 1998). 샘플 수는 microsatellite loci 연구에 대해 집단별로 적어도 50개체이상이 되어야 한다. (3) 돌연변이에 의해 증폭산물을 생성하지 못하는 null 대립유전자의 존재 (callen, 1993). (4) 근친 교배 효과 (Fujino, 1978) 등 위 네 가지 중에서 하나 이상에 의해 일어났을 것이다 (Qi Li, 2002). 3. 조피볼락 자연산 네 집단간의 유전적 분화 개발된 16개의 유전자 marker 중 다양성이 높은 9개 (KSs2A, KSs3, KSs5, KSs6, KSs11B, KSs16, KSs18, KSs20A, KSs27A)를 이용하여 5개 집단 (부안, 여수, 제주, 동해, 태안)에 적용시켜 유전적 구조를 알아보았다. 가장 작은 유전적 거리는 제주 자연산집단 (0.024)과 여수 자연산집단 (0.024) 사이에서 나타났다. 부안 자연산집단을 제외하고 자연산집단 간의 유연관계가 가깝게 나타났다. 이는 정체성 어류인 조피볼락이 자연산집단간에 분화의 차이가 작은 원인은 일부지역에서 생산된 인공종묘의 방류가 그 지역에 서식하고 있는 집단의 유전학적 조성에 영향을 주어 지역집단의 특성이 감소한 것으로 추정된다. 양식초기에, 유전적 다양성을 보호해야 하는 중요성의 이해 부족 때문에, 양식업자들이 가입하는 부모수를 적게 하였다. 뿐만 아니라 1990년부터 20여 년간 조피볼락을 계속적으로 방류하였기 때문에 자연산집단 간에 유전적 분화의 큰 차이를 보이지 않는 것으로 추정된다. 유전적 거리가 상대적으로 낮은 수치를 나타낸 것은 조피볼락의 경우 이미 특정유전자의 고정화가 진행되어 있다는 사실을 의미하며, 이것은 조피볼락 4개 계통의 유전적 분화에 관한 연구(Park 등, unpublished)에서도 동일한 결과가 조사된 바 있다. 본 연구에서 사용된 조피볼락의 경우 그들의 지리적인 환경에 의한 유전적 분화 차이는 크지 않은 것으로 보인다. 4. 조피볼락 자연산 집단과 양식산 집단과 비교 태안의 양식산집단에서 평균 Ho와 He가 0.796과 0.774로, 이 값은 거의 자연산 집단에서와 일치한다. Ho와 He를 기초로 보았을 때, 양식산 집단에서는 유전적 변이가 크게 차이가 없음을 알 수 있었다. 그렇지만, 자연산 집단과 비교했을 때 양식에서 locus 당 평균 대립유전자수는 가장 낮게 나타났다. 특이적인 대립유전자는 부안 자연산집단에서 8개, 여수 자연산집단에서는 5개, 동해 자연산집단에서는 8개, 제주 자연산집단에서는 8개가 관찰된 것에 비해. 태안 양식산집단에서는 4개가 관찰되었다 (Table 3). 그러므로 microsatellite를 이용한 유전적 다양성을 평가하기 위해서 locus 당 평균 대립유전자수와 특이적인 대립유전자수는 Ho와 He에 비해 훨씬 직접적인 비교를 가능하게 함을 알 수 있었다. 유의한 Fst (P<0.05)는 태안 양식산집단과 자연산집단 사이에서 관찰되어 자연산 집단과 구분됨을 보여줬다. 유전적 거리에 기초한 각 집단별 UPGMA dendrogram에서는 태안 집단은 자연집단과 다른 유연관계를 나타냈다. 어미 집단의 유전적인 조성이 고려된다 하더라도 산란 수조 내에서 일어나는 교배에 대한 통제를 할 수 없기 때문에, 산란에 기여하는 어미의 수, 부모 성비의 불균형 등으로 1세대만 지나도 유전적 다양성이 줄어들게 되며, 양식 집단의 경우 유전적 다양성이 10% 감소할 경우, 산란량이 줄어들고, 생존률이 낮아지며, 성장률이 저하되는 것으로 알려져 있다 (Allendorf and Ryman, 1987). 그러나 이 연구에서는 조피볼락의 자연산과 양식산 집단간의 유전적 다양성이 구분이 가능하나, 조피볼락의 오랜 양식으로 자연산 집단과 섞여 태안 양식산 집단의 유전적 거리가 부안 자연산집단과 크게 차이를 보이지 않은 것으로 사료된다. 앞으로 조피볼락 자원의 관리를 위하여 양식산 집단의 추가적인 실험이 요구될 뿐만 아니라 계속적인 유전적 모니터링이 이루어져야 할 것이다. 이에 본 연구에서 개발된 높은 다양성을 가진 microsatellite marker는 조피볼락의 DNA profiling에 대한 자료를 제공하게 될 것이며, 이를 적용하여 국내 조피볼락의 집단 보호와 연구를 통해 국제 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 기대된다.

Rockfish, Sebastes schlegeli is one of the most economically important fisheries resources in Korea. For the investigation of genetic characteristics of S. schlegeli, we developed 16 polymorphic microsatellite marker. Nine locus were found to be polymorphic, revealed from 3 to 24 alleles. One locus showed monomorphic and six loci were pooly amplified. The observed heterozygosity ranged from 0.23 to 1.00, and the expected heterozygosity ranged from 0.21 to 0.95. Two loci were significantly deviated from Hardy-Weinberg equilibrium (HWE) (P<0.01). We used nine microsatellite markers to detect changes of genetic diversity in captured and cultured populations of S. schlegel in Korea. A total of 175 difference alleles were identified. Compared to captured populations, the cultured population showed less genetic variation as revealed in lower number of allele richness. Significant departures from HWE showed observed in 10 loci(P<0.05). The genetic differentiation among five rockfish populations in Korea was estimated using DCE distance and mean pairwise FST between each pair of them. Significant differentiation was found between the cultured and captured populations (Fst=0.010-0.014), and no distinct difference was detected between the captured populations(Fst=-0.004-0.008). According neighbor-joining tree topology was constructed on the basis of genetic distances among populations. Except for samples from Buan, Almost all captured populations were closely clustered, demonstrating the feasibility of microsatellite analysis for the discrimination between captured and cultured population. The results obtained in this study have valuable genetic information for the management and further genetic improvement of S. schlegel populations.