한국산 Tigriopus spp.의 형태적, 분자적, 생식적 고찰을 통한 계통분류학적 연구

Abstract

The members of the genus Tigriopus inhabit tidal pools and have been known from the rocky shores all over the world. These specialized harsh environments are often subjected to extreme salinity, temperature and light. Species in this genus are easy to culture and become popular as a ‘model animal' for experiments in the field of environmental biology. So far Tigriopus japonicus Mori, 1940 is only known species in north East Asia, however its taxonomical status as a single species is questionable considering the wide distributional range of T. japonicus in the region. Present study aims to confirm and define the taxonomical status of Tigriopus species from Korea using morphological, molecular and reproductive aspects. Tigriopus species were collected from 14 selected locations along the Korean coasts. Also T. japonicus were sampled from two localities, Jogashima near the type locality, and Nagasaki Japan. All the strains from the 14 distinct localities were compared in their external morphology, and in the sequential difference among the mtCOI gene. The interbreeding ability among the strains was also crosschecked. The crossbreeding between Korean and Japan strains showed decline of brooding rate and elongation of development times. Also the crossed between populations which expected speciation as based on sequence divergence were sterile. Korean strains showed clear separation from T. japonicus was confirmed based on mtCOI gene up to 32.8% of difference. Also sequence divergences within Korean strains were revealed between 23.9-27.5% in mtCOI. Three distinct branches within the Korean strains were revealed which including west and south coast and east coast and Pusan, Sonjung. The Tigriopus spp. from Korea displayed the discrepancies from T. japonicus in the segment 7 of antennule in male, seta length of P6 in female, terminal seta in endopodal distal segment of P1. Finally, interbreeding experiments among the 16 strains of Tigriopus revealed the reproductive isolations between the three distinct branches of Korean strains and T. japonicus from near the type locality. This study confirms molecular sequence divergence, reproductive isolation and morphological differences between Tigriopus sp 1. including west and south coast of Korea and Tigriopus sp 2. including east coast of korea and Tigriopus sp 3. which is Pusan, Songjung. As a result three new Tigriopus species from Korea are defined and described here based on the present study.; 환경 변화가 심한 조수 웅덩이에 서식하는 Tigriopus 속에 속하는 종들은 개체군 간의 지역적 분리가 쉽게 일어나고 환경 스트레스에 강하기 때문에 배양이 쉬워 생물학의 여러 분야에 있어서 실험 생물로서 많이 이용되고 있다. 그 중 Tigriopus japonicus는 동북아시아에 서식하는 종으로 알려져 왔으나 이들의 분류학적 특징은 단일 종으로 판단하기에는 논란의 여지가 많이 있다. 본 연구에서는 T. japonicus로 알려진 종의 분자적 연구와 형태학적 관찰 그리고 교배 육종 실험을 통하여 한국 연안에 분포하는 Tigriopus spp.의 분류학적 위치를 재정립하고자 하였다. 국내 14 개 지역에서 채집된 Tigriopus spp.를 일본의 2 개 지역에서 채집된 T. japonicus와 형태적 특징을 비교 관찰하였으며 mtCOI을 이용한 유전자 염기서열 분석과 교차 교배 실험을 통하여 이들이 생식적으로 격리된 다른 종임을 확인하였다. 교배 실험을 통하여 서해와 남해, 동해, 부산 송정, 일본 조가시마 지역 개체군 사이의 교배 시 포란율의 감소와 성장 기간이 연장되는 것을 확인할 수 있었으며 유전적 변이를 기초로 하여 종 분화가 일어났을 것이라고 예상한 지역 간의 교배에서 불임개체가 확인되었다. 국내 연안에서 서식하는 Tigriopus spp.는 일본 조가시마 지역의 T. japonicus 와 mtCOI 유전자에 있어서 최대 32.8%까지 염기서열 의 차이를 보였다. 또한 국내에 서식하는 Tigriopus spp. 간의 mtCOI 염기서열의 차이는 23.9-27.5%로 서해와 남해, 부산 송정, 동해의 세 지역으로 뚜렷이 구분되었다. 형태학적으로 국내 연안에 서식하는 Tigriopus spp.는 일본 조가시마 지역의 T. japonicus와 수컷의 제 1촉각의 7번째 마디와 암컷 제 6 유영지의 강모 길이 그리고 제 1 유영지 내지의 마지막 마디에 있어서 형태적 차이를 나타내었다. 본 연구에서는 유전적 염기서열 결과와 생식적 격리 그리고 형태적 차이를 근거로 우리나라 조간대에 서식하는 Tigriopus 속은 남해 부산을 종 분화의 경계로 하여 서해와 남해를 포함하는 Tigriopus sp. 1 와 동해를 포함하는 Tigriopus sp. 2 그리고 남해 부산 송정의 개체군을 Tigriopus sp. 3로 정의하고 일본에 서식하는 T. japonicus와 구분되는 새로운 종으로 판단된다.