종다양성 규명을 위한 계통분류학적 연구는 원시형질의 상동성에 근거한 기존의 형태형질과 효율적인 새로운 분자계통분류학적 연구방법이 병행된다면 좀 더 정확한 분류 및 계통을 추적하는데 객관적인 결론을 제시 할수 있을 것이다. 현재 활발히 연구되고 있는 미토콘드리아 DNA를 이용한 분자계통분류를 재검토할 뿐아니라 계통진화학상 조상과 자손과의 관계를 유추하는데 새로운 가설을 세울 수 있는 토대를 제공하는 기초자료로서 이용될 수 있다.
꿀풀과에 속하는 긴병꽃풀속(Glechoma)내 5종에 대한 화판과 악편의 미세 구조를 관찰하여 기재하고 그 분류학적 유용성을 판단하였으며, 분자계통학적 유연관계를 확인하기 위하여 핵 리보솜 DNA의 ITS 염기서열에 기초한 연구를 수행하였다. 기공복합체는 조사된 모든 분류군의 악편에서 분포하였으며, 공변세포의 길이는 분류군마다 다소 차이를 보였다. 긴병꽃풀속 분류군들의 화판과 악에 분포하는 모용은 5 종류(단세포 비선모, 다세포 비선모, 짧은 자루 두상 선모, 긴 자루 두상 선모, 방패형 선모)로 나타났으며, 모용의 종류, 분포, 밀도가 분류군마다 다르게 나타났다. 핵 리보솜 DNA의 ITS 염기서열에 의한 분자계통학적 연구 결과 긴병꽃풀속은 분포지역에 따라 3개의 분계조(유럽-미국, 중국-한국, 일본)로 분리되었다. 한국과 중국에 분포하는 G. longituba는 단계통군을 이루었고, 이탈리아의 특산종인 G. sardoa와 미국 및 유럽에 분포하는 G. hederacea는 단계통군을 형성하였다. G. hirsuta는 유럽의 분계조와 자매군 관계를 이루었으나, 일본에 분포하는 G. grandis는 나머지 분류군들의 상호 유연관계에서 통계적 지지를 얻지 못하였다. 본 연구 결과에서 긴병꽃풀속내의 종간 한계 설정에 있어 화판 및 악의 미세형태형질의 연구보다 핵 리보솜 DNA의 ITS 염기서열에 기초한 분자 계통학적인 연구가 유용한 방법임이 판명되었다. 그러나 구체적인 본 속내 계통 분류학적인 논의를 위해서는 외부 형태학적 형질에 대한 분석을 동시에 수행할 필요가 있으며, 계통학적 유용성이 보다 높은 DNA 구간을 추가로 분석할 필요가 있다.
한국산 향나무절 식물에 대한 계통학적 유연관계를 규명하고, 더불어 향나무속 및 향나무절의 계통 및 유연관계를 잘 나타낼 수 있는 분자마커를 찾아내고자 분자계통학적 연구를 수행하였다. 엽록체 DNA matK와 psbA-trnH를 분자마커로 활용하였으며, 두 유전자의 조합분석결과 향나무절이 100%의 BP로 지지되는 분계조를 이루었다. 눈향나무+단천향나무 분계조와 향나무+섬향나무+뚝향나무 분계조는 각각 91%, 100%의 BP로 지지되었다. 따라서 한국산 향나무절은 (1) 눈향나무+단천향나무, (2) 향나무+섬향나무+뚝향나무 두 개의 분계조로 구분하는 것이 가장 적합할 것으로 생각되고, 본 연구에서 이용된 두 개의 분자마커 중 matK가 psbA-trnH 보다 향나무속 및 향나무절의 계통 및 유연관계를 규명하는데 다소 높은 해상력을 나타내었다.
쏨뱅이아목 (Scorpaenoidei) 어류에 속하는 꼼치과 (Liparidae) 어류는 형태적으로 유사하고 오동정 가능성이 크며 체색과 몸의 상대적인 크기 변이가 심하여 분류학적으로도 상당히 혼란스러운 분류군이다. 따라서, 본 연구는 꼼치과 어류의 자원변동을 이해하고 자원관리를 위해 국내 보고된 3속 10종을 대상으로 분자계통 및 분류학적 재검토를 수행하였다. 미토콘드리아DNA COI 영역과 핵DNA RAG2 영역의 염기서열을 이용한 분자계통 분석 결과, 물미거지가 분홍꼼치와 가깝게 유집되는 mtCOI 계통 결과를 제외하면 3속 (분홍꼼치속, 물미거지속, 꼼치속)이 대등한 단계통성을 나타내었다. Gilbert and Burke (1912)는 L. ochotensis와 구분되는 한국산 미거지를 L. ingens로 신종 보고하였으나, 본 연구에서 한국산 미거지는 일본산 및 러시아산 L. ochotensis와 형태 및 분자에서 잘 일치하였으므로 한국산 미거지의 학명을 L. ingens에서 L. ochotensis로 변경한다.
엽록체 DNA atpF-H, psbA-trnH region을 마커로 활용하여 국내에 분포하는 소나무속 식물들 중 17분류군에 대한 분자계통학적 연구를 수행하여 한국산 소나무속의 계통학적 유연관계를 규명하고, 소나무속의 유연관계를 잘 나타낼 수 있는 분자마커를 찾아내고자 연구가 수행되었다. atpF-H, psbA-trnH region의 조합분석결과 한국산 소나무속은 100%의 BP로 지지되는 단계통군으로 확인되었으며, 소나무아속과 잣나무아속으로 명확히 구분되어졌다. 본 연구에서 이용된 두 개의 분자마커 중 psbA-trnH region이 atpF-H region보다 한국산 소나무속의 계통 및 유연관계를 규명하는데 다소 높은 해상력을 나타내었다.
광합성 경로의 전환은 현화식물의 계통에서 여러 번에 걸쳐서 독립적으로 일어난 진화적 사건으로서 사초과에서는 다섯 번 이상 발생한 것으로 추정되고 있다. 방동사니족에서 나타난 C4 광합성 경로로의 전환은 한 번 발생하였으며 이는 방동사니족 내 C4 식물의 공유파생형질로 여겨진다. 방동사니족에 포함된 속들의 형태학적 한계는 분자계통학적 유연관계와 일치하지 않으며, 특히 다계통군으로 여겨지는 방동사니속의 한계는 계통분류학적으로도 논란이 되고 있다. 본 연구에서는 한국산 방동사니족 식물의 광합성 경로와 분자계통을 비교하고자 하였다. 해부학적 관찰을 통해 우리나라 방동사니족 식물 20종(방동사니속 18종, 파대가리속 1종, 세대가리속 1종)의 광합성 경로를 확인하였다. 또한 nrITS, rbcL, trnL-F의 염기서열에 근거하여 각 분류군의 분자계통학적 위치를 파악하고자 하였으며, 분류군 전체의 계통을 파악하기 위하여 선행연구 결과와 함께 분석하였다. 엽록체가 밀집된 광합성 조직의 위치에 따라 우리나라 방동사니속 식물 중 병아리방동사니와 우산방동사니, 모기방동사니, 알방동사니의 네 종은 C3 식물로 확인되었고, 나머지 14종의 방동사니속 식물, 파대가리, 그리고 세대가리는 C4 식물로 결정되었다. 또한 분자계통학적 분석에서 방동사니족은 CYPERUS 분계군과 FICINIA 분계군으로 구분되었으며, 우리나라 방동사니족 식물은 모두 CYPERUS 분계군에 속하였다. CYPERUS 분계군내에서 C4 식물들은 단계통군을 형성하였지만 각 분류군 간의 유연관계는 명확하게 나타나지 않았다. 분자계통수에서 세대가리속과 파대가리속은 C4 식물인 방동사니속 식물들과 함께 단일 분계군을 형성함으로서 각각 독립된 속으로서 지지 되지 않는다. 이는 기존의 연구결과와 일치하며, CYPERUS 분계군에 속한 속들의 계통분류체계를 명확하게 하기 위해서는 면밀한 형태학적 연구와 더불어 높은 해상력을 갖춘 분자계통학적 연구가 이루어져야 할 것이다.
장미과 Agrimoniinae(짚신나물아족)의 5속(Agrimonia L., Aremonia Neck. ex Nestl., Hagenia J.F. Gmel., Leucosidea Eckl. & Zeyh., and Spenceria Trimen.)의 종피를 주사전자현미경으로 관찰하여 계통분류학적으로 유용한 형질이 있는지 조사하였다. 또한, 관찰된 종피의 형질들을 이미 수행된 분자계통학적 연구에서 제시된 5속의 계통분류학적 관계를 설명하는 가설들에 적용하여 종피 형질의 계통분류학적 진화를 고찰하였다. 짚신나물아족의 5속 모두 하나의 열매화통에 하나 또는 두 개의 성숙한 수과를 가지고 있었고, 종피는 표피세포의 모양, 크기, 세포벽의 돌출 정도, 세포표면의 돌기의 유무 등에서 다양한 형질상태가 관찰되었다. 특히, 세포표면의 유두상 돌기(papillae)는 2속 Agrimonia(짚신나물속)과 Aremonia에서만 관찰되었다. 유두상 돌기가 없는 것이 원시형질이라는 가정하에 유두상 돌기가 나타나는 형질변화를 이미 수행된 분자계통학적 연구에서 고찰하였다. 4개의 핵과 6개의 엽록체 DNA의 염기서열에 기초한 계통수에서는 적어도 2회의 형질변화가 요구되며, 저복사수 핵 유전자의 염기서열 계통분석의 계통수에서는 단 1회의 형질변화가 일어나는 것으로 나타났다. 종합하면, 종피의 유두상 돌기의 출현은 Agrimonia(짚신나물속)과 Aremonia 을 단일계통 분류군으로 설명하는 공통진화형질이라고 할 수 있고 이러한 가설은 저복사수 유전자의 염기서열의 계통분석을 지지하고 있다. 이렇게 종피 형질은 장미과 Agrimoniinae(짚신나물아족)의 속간의 계통분류학적 이해에 매우 유용한 형질임을 밝힌다.
한 유전좌위 또는 소수의 유전좌위에 기반한 계통발생학적 재구성은 분자 계통수/종 계통수의 불일치로 인해 오해를 불러일으킬 수 있다. 종의 구분과 종내 연구에서도 적은 유전좌위를 사용할 때 통계력 부족으로 해상도가 낮은 경우가 많이 발생한다. 엑손 포획법은 게놈 규모의 데이터를 수집하는 가장 효율적인 방법 중 하나로, 종내 및 상위 수준에서 생물의 패턴과 역사를 구명하는 연구에 크게 이바지할 수 있다. 이 논문에서는 단일 유전자 방법에서 게놈 접근으로의 전환의 진보와 게놈 기술에 비해 엑손 포획법의 적용 이점을 설명하였다. 또한 엑손 포획법의 원리를 설명하고 이 방법의 적용을 위한 상세한 제언을 기술하였다. 최종적으로, 두 가지 적용을 활용한 엑손 포획법을 설명하고 이 기술에 대한 미래 전망을 논의하였다.
전통적인 동물의 계통수는 초기발생 형질들에 기초하여 몸 구조의 복잡성에 따라 동물문들을 단순한 동물에서 복잡한 동물 순으로 점진적으로 배열하는 것인데 현재 활발히 연구되는 분자계통 연구들이 이 경향을 재평가하고 새로운 계통과 의미를 제시하고 있다. 주로 18S rRNA 에 의한 분자계통에 의하면 무체강동물과 의체강동물과 같이 진체강동물로의 전이단계에 위치했던 무리들이 서로 나뉘어진 진체강동물 안에 속하게 된다. 이러한 새로운 분자계통은 좌우대칭동물의 공동조사에 대한 새로운 가정들을 세울 수 있는 뼈대와 비교발생학 및 비교유전체학 정보가 해석될 수 있는 토대를 제공한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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