Genetic Similarity-dissimilarity Among Korea Chum Salmons of Each Stream and Their Relationship with Japan salmons

한국 연어의 소상하천간 유전적 유사성과 차이점 및 일본 연어와 유전적 관계

  • 김고은 (한국해양연구원 해양바이오신소재연구사업단) ;
  • 김충곤 (한국해양연구원 해양바이오신소재연구사업단) ;
  • 이윤호 (한국해양연구원 해양바이오신소재연구사업단)
  • Published : 2007.05.31

Abstract

Analysis of population structure of Oncorhynchus keta, the most abundant salmon in the East Sea of Korea, has not been much carried out despite its importance as a fishery resource in the North Pacific. Currently, molecular methods are being applied to stock identification and a method of using single nucleotide polymorphisms (SNPs) is getting more popular. In this study, we analyzed the 720 bp long sequence of the mtDNA COIII-ND3-ND4L region in order to examine genetic similarity-dissimilarity among the Korea chum salmons of each stream and their relationship with the Japan chum salmons. A total of 152 individuals were analyzed, 108 from 3 locations of Korea and 44 from 2 locations of japan, which resulted in as many as 29 different haplotypes. Pairwise $F_{ST}$ and AMOVA tests of the populations show that there is no significant population-level genetic difference among the chum salmons analyzed ($F_{ST}<0.07$). On the other hand, haplotype relationships among the individuals reveal that approximately 25% of the Korea salmons consist genetic lineages independent of Japan salmons and also that a genetic lineage exists in the Puk river and the Namdae river salmons independent of the Wangpi river salmons of Korea.

한국 동해안의 가장 대표적인 연어과 어류인 연어(Oncorhynchus keta)의 집단 분석을 위한 연구가 국내에서는 많이 수행되지 않았다. 최근 연어과 어류의 계군을 분석하는데 유전자를 이용하는 방법들이 시도되고 있으며, 단일염기다형성(SNP)을 이용한 집단 구분 방법이 점차 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 한국 연어의 소상하천간 유전적 유사성과 차이점 및 일본 연어와 유전적 관계를 살펴 보기 위하여, 미토콘드리아의 COIII-ND3-ND4L 지역 720 bp 염기 서열을 분석하였다. 한국의 3개 지역(고성 북천, 양양 남대천, 울진 왕피천)에서 채집된 108개체와 일본의 2개 지역(홋카이도의 마시케와 하코다데)에서 채집된 44개체를 분석하여 29개의 haplotype을 확인하였다. 유전적 다양성은 남대천 연어에서 가장 높고 하코다데에서 가장 낮았다. Pairwise $F_{ST}$와 AMOVA를 이용한 집단 분석 결과, 한국 연어는 소상하천간 유전적 차이가 거의 없으며 일본 연어와도 크게 구분되지 않았다($F_{ST}<0.07$). 그러나, haplotype 유사성으로 본 각 개체의 유전적 관계는 한국 연어의 일부(약 25%)가 일본 연어와 구분되는 독특한 유전적 가계(lineage)를 형성하고 있으며, 국내 남대천과 북천 연어에는 왕피천과 구분되는 연어 가계가 존재함을 보여준다.

Keywords

References

  1. 명정구, 박철원, 김병기, 홍경표, 1992. 한국산 연어류의 형태.분류학적 연구. 한국해양연구소 BSPE 00254-420-3, 160pp
  2. 성기백. 1999. 한국산 연어의 생물학적 특성 및 집단유전학적 연구. 박사학위 논문, 부경대학교, 125pp
  3. 성기백. 2004. 남대천에 연어가 올라오고 있어요. 보림출판사, 파주, 140pp
  4. 성기백, 백국기, 홍관의, 이진호, 1998. 양양 남대천에 소상하는 연어의 소상량과 체장, 연령조성, 수진연구보고, 54: 131-139
  5. 이윤호. 2003. 우리나라 방류 연어의 계군 분석 및 생활장, 회유경로의 파악. 한국해양연구원 BSPG349-00-1561-3, 201pp
  6. 정웅식, 이윤호, 김수암, 진덕희, 성기백. 2003. 유전적 형질에 의한 북태평양 연어(chum salmon, Oncorhynchus keta)의 계군구분, 한국수산학회지, 36(6): 578-585
  7. 정웅식, 이윤호, 신형철, 성기백, 김수암. 2001. Microsatellite DNA를 이용한 연어(Oncorhynchus keta, chum salmon)와 곱사연어(O. gorbuscha, pink salmon)의 구분. 한국수산자원학회지, 4(1): 30-41
  8. Allendorf, F.W and L.W Seeb. 2000. Concordance of genetic divergence among sockeye salmon populations at allozyme, nuclear DNA, and mitochondrial DNA markers. Evolution., 54: 640-651 https://doi.org/10.1111/j.0014-3820.2000.tb00065.x
  9. Brown, W.M., E.M. Prage, A. Wang and A.C. Wilson. 1982. Mitochondrial DNA sequences of primates: Tempo and mode of evolution. J. Mol. Evol., 18: 225-239 https://doi.org/10.1007/BF01734101
  10. Clement, M., D. Posada, and K.A. Crandall. 2000. TCS: a computer program to estimate gene genealogies. Mol. Ecol., 9(10): 1657-1660 https://doi.org/10.1046/j.1365-294x.2000.01020.x
  11. Choi, Y.S. 2002. Cloning and Nucleotide Sequence of Mitochondrial NADH dehydrogenase subunit 3 DNA for Population Analysis of Chum salmon, (Oncorhynchus keta). Korea. MS. Thesis, Kangnung National University
  12. Dominica, M.J. and R.B. Phillips. 1995. Phylogenetic analysis of Pacific salmon (genus Oncorhynchus) based on mitochondrial DNA sequence data. Mol. Phylo. Evol., 4: 366-371 https://doi.org/10.1006/mpev.1995.1034
  13. Excoffier, L., P.E. Smouse, and J.M. Quattro. 1992. Analysis of molecular variance inferred from metric distances among DNA haplotypes: Application to human mitochondrial DNA restriction data. Genetics, 131: 479-491
  14. Hong K.P., J.G Myuong, J.K. Son and C.W Park. 1994. A biochemical study for the development of genetic marker in salmonids in Korea. Bull. Korean Fish. Soc., 27: 83-88
  15. Jacobs, H.T., D.J Elliott, V.B. Math and A. Farquharson. 1988. Nucleotide sequence and gene organization of sea urchin mitochondrial DNA. J. Mol. BioI., 202: 185-217 https://doi.org/10.1016/0022-2836(88)90452-4
  16. Jung, W, Y-H. Lee, S. Kim, D.H. Jin, K.B. Seong. 2003. Genetic identification of the North Pacific Chum Salmon (Oncorhynchus keta) Stocks. J. Kor. Fish. Soc., 36(6): 578-585 https://doi.org/10.5657/kfas.2003.36.6.578
  17. Kang, S. and S. Kim, 2004. Comparison of biological characteristics of chum salmon, Oncorhynchus keta from the eastern and western North Pacific. J. Korean Soc. Fish. Res., 6: 153-162
  18. Kim, G-E., Y-H. Lee, G. Kang, C.-G Kim, W Jung, K.B. Seong, J.E. Seeb, S. Kim, S. Kang. 2007. Genetic Diversity and Population Structure of the Chum Salmon in the North Pacific. NPAFC bulletin #4 (in press)
  19. Lee, H.J., J.Y. Park, J.H. Lee, K.S. Min, I.G Jeon, M.A. Yoo and WH. Lee. 2000. Phylogeny of the subfamily Salmonidae distributed in Korea based upon nucleotide sequences of mitochondrial ribosomal RNA genes. J. Korean Fish. Soc., 33: 103-109
  20. McKay, S.J., R.H. Devlin and M.J. Smith. 1996. Phylogeny of Pacific salmon and trout based on growth hormone type-2 and mitochondrial NADH dehydrogenase subunit 3 DNA sequences. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 53: 1165-1176 https://doi.org/10.1139/cjfas-53-5-1165
  21. Okazaki, T. 1983. Genetic structure of chum salmon Oncorhynchus keta river population. Bull. Jap. Soc. Sci. Fish., 49: 1525-1535
  22. Olsen, J.B., P. Bentzen and J.E. Seeb. 1998. Characterization of seven microsatellite loci derived from pink salmon. Mol. Ecol., 7: 1083-1090 https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.1998.00401.x
  23. Sato, S., H. Kojima, J.Ando, H. Ando, R.L. Wilmot, L.W Seeb, V Efremov, L. LeClair, W Buchholz, D. Jin, S. Urawa, M. Kae- riyama, A. Urano, and S. Abe. 2004. Genetic population structure of chum salmon in the Pacific Rim inferred from mitochondrial DNA sequence variation. Environ. Biol. Fish., 69: 37-50 https://doi.org/10.1023/B:EBFI.0000022881.90237.aa
  24. Sato. S., J. Ando, H. Ando, S. Urawa, A. Urano and S. Abe. 2001. Genetic variation among Japanese populations of chum salmon inferred from the nucleotide sequences of the mitochondrial DNA control region. Zool. Sci., 18: 99-106 https://doi.org/10.2108/zsj.18.99
  25. Schineider, S., D. Roessli, and L. Excoffier. 2000. Arlequin version 2.000: A software for population genetics data analysis. Genetics and Biometry Lab., Univ. of Geneva, Switzerland
  26. Seo, H., S. Kim, K. Seong, and S. Kang. 2006. Variability in scale growth rates of chum salmon (Oncorhynchus keta) in relation to climate changes in the late 1980s. Prog. in Oceanogr., 68: 205-216 https://doi.org/10.1016/j.pocean.2006.02.003
  27. Slatkin, M. 1995. A measure of population subdivision based on microsatellite allele frequencies. Genetics, 139: 457-462
  28. Sunnucks, P. 2000. Efficient genetic markers for population biology. TREE., 15: 199-203 https://doi.org/10.1016/S0169-5347(00)01825-5
  29. Tamura, K. and M. Nei. 1993. Estimation of the number ofthe nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Mol. Biol. Evol., 10: 512-526
  30. Urawa, S., 2000. Ocean migration route of Japnaese chum salmon with a reference to future salmon research. Nat. Salmon Resources Center Newsletter, 5: 3-9. (in Japanese)