Real-time PCR을 이용한 유해성 와편모조류 Cochlodinium polykrikoides의 발생 잠재력 조사

Abstract

유해성 와편모조류 Cochlodinium polykrikoides는 1995년 남해안에서 대규모 발생하여 수백억원의 수산피해를 발생시켰으며, 매년 여름철마다 광범위하게 발생하여 막대한 경제적 손실과 사회적인 문제를 야기하고 있다. 와편모조류 중 일부는 부적합한 환경조건에서 유성생식 과정을 통해 내구성의 휴면포자 (cyst)를 형성하는 생활사를 갖는다. 이들은 적조발생 초기에 ‘씨앗개체군 (Seed population)‘ 역할을 수행하는 것으로 알려져 있어, 이들의 생물지리적 분포는 적조 발생장소와 시기를 예측할 수 있는 중요한 단서가 된다. 그러나 C. polykrikoides의 명확한 생활사를 밝혀지지 않아 발생기작 또한 명확히 설명되지 못하고 있어 적조 예측이 어렵다. 그리하여 본 연구에서는 다양한 유전적 방법 중 종 특이적인 ITS rDNA영역을 통해 만들어진 primer를 이용하여 실시간으로 PCR 증폭산물을 모니터링하는 real-time PCR기법을 통해 C. polykrikoides의 휴면포자를 조사하였으며, C. polykrikoides의 주요 적조 발생지인 자란만 일대를 중심으로 사량도, 미조, 여수 및 통영 인근 해역과 기타로 완도지역을 대상으로 조사하여 Cochlodinium polykrikoides의 검출 및 정량화하여 적조발생 잠재력을 파악하였다. 48정점 중 자란만 일대 정점 저질시료에서 C. polykrikoides의 rDNA copy수가 100 copies/cm3 wet sediment로 다른 정점보다 높게 나왔으며, 이 일대 C. polykrikoides 발아체와 휴면포자 현존량의 변동을 조사한 결과, 4∼5월 저질시료에서 C. polykrikoides rDNA copy수가 증가하였다가 6월 이후에는 감소하는 패턴과 반대로 해수시료에서는 6월 이후 증가하다가 8월에 감소하는 패턴으로 나타났다. 6월 이후 증가하는 영양세포들은 저질 속 C. polykrikoides의 휴면포자가 발아하여 나와 세포수가 증가한 것으로 생각된다. 본 연구를 토대로 저질 속 검출된 C. polykrikoides rDNA copy수는 ‘잠재적 씨앗개체군 (Seed population)’으로써 앞으로 적조를 일으킬 가능성이 있는 지역을 휴면포자 분포 지도화하여 C. polykrikoides의 적조발생기작을 집중적으로 연구 할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있다고 생각된다.

Dinoflagellate Cochlodinium polykrikoides is a notorious harmful algal blooms (HABs) species that has caused massive fish mortality along the Korean coasts with increasing frequency. Many dinoflagellate species have been reported to form resting cysts or other types of resting stages as part of their life cycle. Cysts are more resistant to unfavorable environments as compared to vegetative cells, and play an important role as the seed population for seasonal blooms after the subsequent year. The rapid and accurate identification and enumeration of the target species of interest are prerequisites for HABs monitoring programs. Real-time PCR assay has been used for rapid detection and enumeration of harmful dinoflagellates in waters and sediments. The method uses a cloned fragment of the internal transcribed spacer 2 (ITS2) rDNA gene as a standard for cyst quantification. C. polyrkikoides was detected in sediment samples from the coast of Southern Sea. Of total 115 sediment samples, Jaran Bay samples were positive for C. polykrikoides continually, other location samples were detected. The abundances of these species in the coast of Jaran Bay were relatively higher than other location (100 rDNA copies for C. polykrikoides per cm3 of wet sediment obtained from top layer of centrifuged 30g of sediment). C. polykrikoides was detected from the coasts of Saryangdo, Yeosu, Wando, Mijomyeon, Tongyeong, Yokjido from 10 to 30 rDNA copies per cm3 of wet sediment. Since 1995, C. polykrikoides blooms occurred almost every year (except in 2006, and 2008∼2010) mostly in the coast of Korea. The results of real-time PCR showed that C. polykrikoides is prevalent in sediments of Southern sea. The results enhanced our understanding of the geographic distribution of C. polykrikoides in sediments, and also suggest the need to include sediment samples for monitoring of C. polykirkoides blooms and its cysts in sediment.