아시아-태평양산 홍조류 꼬시래기과의 분자계통 및 DNA barcoding

Abstract

홍조류 꼬시래기과는 아가로즈를 생산하는 주요 해조류로서 현재 150여종의 생육이 전 세계적으로 널리 보고되었다. 꼬시래기과는 유용해조류라는 중요성 때문에 생활사, 배양, 분류 등 폭넓은 연구가 진행되어 왔으나 종을 식별하는데 사용하는 뚜렷한 기준형질이 모호하고, 개체간, 지역간 환경에 따른 형태변이가 심하며, 과 내의 많은 종 수로 인하여 분류학적 및 종의 경계에 대한 문제가 많았다. 본 연구는 아시아-태평양지역에 서식하고 있는 유용 홍조류 꼬시래기과의 계통학적 유연관계와 종 다양성을 밝히고, 종의 경계를 명확히 하는 데에 그 목적이 있다. 이를 위해 한국, 일본, 말레이시아 등 7개국 연안의 조간대 및 조하대에서 채집된 꼬시래기과의 115 개체를 연구재료로 사용하였으며, 색소체 rbcL과 미토콘드리아 COI 유전자 분석이 이루어졌다. RbcL 1,171 염기쌍과 COI 616 염기쌍이 분석된 결과, 5종의 잠재종을 포함한 총 22종의 생육 및 지리적 분포가 확인되었다. RbcL 유전자 분석을 통해 추론된 분자계통 결과에서 Gracilaria, Gracilariopsis, Hydropuntia 속은 단계통을 이루었고, 22종의 분류학적 위치 및 계통학적 유연관계를 확인하였다. 최대절약(Maximum parsimony), 최대유사 (Maximum likelihood) 방법을 이용한 분석에서는 Hydropuntia와 G. vermiculophylla 그룹을 포함하는Gracilaria sensu lato와 Gracilariopsis 으로 크게 나뉘었으며, 꼬시래기과내의 유전적 변이율은 1.1-14.6%로 나타났다. COI 유전자 분석을 통한 DNA 바코딩 연구결과를 통해 7종의 Gracilaria, 2종의 Hydropuntia, 2종의 Gracilariopsis를 확인하였다. 0-1.5%의 종내 변이율과 2.8-16.9% 종간 변이율이 관찰되었고, 모든 종이 근린결합분석 (Neighbor joining)을 이용한 계통수에서 각각의 독립적인 계통군을 형성하고 있어 DNA 바코딩 기법이 꼬시래기 종의 식별에 효율적임을 보여주고 있다. 한편, 아시아-태평양지역 7개국에서의 채집을 통하여 3종의 미기록종을 확인하였다. 기준생육지인 호주에서만 생육이 보고되어 왔던 G. perplexa는 일본의 오키나와섬에서 생육을 확인하였고, 태국과 베트남에 보고된 H. fisheri와 중국의 하이난섬, 필리핀에서 보고된 Gp. heteroclada는 말레이시아에서의 생육을 확인하였다. 또한 현재까지 보고된 종과는 다소 차이를 나타내는 외부형태와 DNA 염기서열을 가지는 5개의 잠재종을 확인하였으며, 이에 대한 분류학적 위치 및 계통학적 유연관계를 규명하기 위하여 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

The family Gracilariaceae has been well known as the economic agarophytes. Although they have been extensively investigated and well defined from both an anatomical and a molecular point of view, the species boundary and classifications are very difficult because of the high morphological plasticity, the lack of diagnostic characteristics and great species diversity. The aim of the present study is to acquire a better understanding of the phylogenetic relationships, species diversity and species boundaries of the Gracilariaceae. To clarify the phylogenetic relationships and species boundary, we performed molecular analyses for 115 specimens collected from Asia-Pacific region. A total of 22 species including five cryptic species from Asia-Pacific region has been identified using plastid rbcL and mitochondrial COI genes. The results of phylogenetic relationships inferred from rbcL gene have confirmed the monophyly of the genera, Gracilaria, Gracilariopsis and Hydropuntia. The phylogenetic trees estimated by ML and MP have been divided into two large clades; one is Gracilaria sensu lato including Hydropuntia and G. vermiculophylla clade, and the other is Gracilariopsis. The rbcL genetic divergence among genera in Gracilariaceae ranged from 1.1% to 14.6%. The DNA barcoding data based on COI gene permitted us to verify 7 Gracilaria, 2 Hydropuntia and 2 Gracilariopsis species from Asia-Pacific region. The intraspecific divergences of COI ranged from 0% to 1.5%, and interspecific divergences ranged from 0% to 14.7%. All species included in this study formed strong clades independently, indicating that DNA barcoding can effectively identify Gracilariaceae species. Our wide geographic sampling allowed us to extend the geographic range of the number of the species. Gracilaria perplexa, previously known from Australia as type locality, is here reported for the first time from Okinawa, Japan. Hydropuntia fisheri, previously known from Thailand and Vietnam, is reported for the first time from Malaysia. Gracilariopsis heteroclada, previously known from Hainan in China and the Philippines, is reported for the first time from the Malaysia. Gracilaria sp.1 and sp.3 have potential to be new species with distinct morphological characteristics.