파라미아과 3속 5종에 대한 유전적 변이 및 계통진화를 규명하기 위하여 전기영동법을 이용, 24개 유전자를 검출 분석하였다. 피라미아파 5종의 평균 유전적 변이정도는 A=1.8, P=16.5%, HD=0.043, HG=0.049로 타 어류군에 비하여 낮은 편이였다. 그러나 1. chinensis는 평균 변이가 P=32.5%, HD=0.100, HG=0.119로 기존에 보고된 타어류의 변이값보다 높은 값이었고 O. bidens는 그 변이정도가 제일 낮았다(P=4.295, HD=0.008, HG=0.008). 피라미아과 각 종의 집단간 평균 근연치는 5=0.940으로 비교적 근연관계가 가까웠으며 O. bidens는 5=0.992로서 그 값이 제일 큰 반면 Z. platypus는 5=0.899로서 제일 낮은 값을 나타내었다. 종간의 근연치를 비교한 결과 A. chinensis는 타 4종과 평균 5=0.235로 가장 낮은 유사성을 나타내는 반면, Z.temmincki 2종은 5=0.822로서 유사성이 가장 높았다. 또한 Zacco속의 Z. Platypus는 동일속의 타 2종보다 속이 다른 O. bidens와의 유사성이 더 높게 나타났으며(S=0.462), Z.temmincki 2종과는 속 이상의 차이치를 나타내었다(S=0.340) 분화연대를 추정한 결과 피라미아과 5종은 과거 약 760만년전(선신세)에서 100만년전(홍적세)사이에 분화된 것으로 추정되었다.
본 연구는 마품종 간의 유전적 배경과 다양성을 분석하기 위해 제주마, 경주마, 더러브렛, 몽고마, 쿼터호스, 일본마를 기초 축으로 생물체 집단 간의 유전적 배경 및 관련성을 연구하는데 도움 되는 microsatellite marker를 사용하여 13종의 좌위에 대한 개체별 유전자형을 분석하여 대립 유전자별 빈도에 있어 품종별 차이를 보이는 microsatellite loci들을 나타냈다. 전체 개체들의 유전적 다양성을 나타내는 유전자 좌위별 품종별 기대 이형질성은 0.669-0.869를 나타냈고, 전체 집단 간의 유전자 분화정도는 0.061-0.219를 나타냈다. 이러한 대립 유전자 빈도를 근거로 하여 DISPAN 프로그램을 이용하여 집단 간 표준 유전적 거리를 도식하여 유전자 좌위별 유전적 거리는 0.137-0.414를 나타내어 마품종간의 유전적 다양성과 관련성을 고찰할 수 있게 되었다. 따라서 초위성체 유전자 표지를 이용하여 집단 내의의 혈통분석 및 분자 진화학을 연구하는데 도움이 될 것으로 사료된다.
In this study, in order to find our high school students' misconceptions on genetics and evolution, a free-answer form of questionnaire, specially designed through analysis of high school biology curriculum, was developed and sent to one hundred and eight high school students in Seoul area. Their responses were collected and qualitatively analyzed. Main results of the study can be summarized as follows: 1. Some students misunderstood that aquired chracters are inherited. 2. Several students weren't instructed clearly about gene. For example, they responsed that genes are not material, composed of proteins, exist only in reproductive cells and are not in plant cells at all. 3. Some students confused chromosome with chlorophyll, dorminant (in dorminant character) with excellent. They are caused by similar spells in Korean letter 4. Half students misconceptualized that organisms evolve just when their environment changes for the worse. 5. Many students believed orthogenesis.
Isozyme analysis, morphometric comparison, and artificial hybridization test wereperformed to elucidate the patterns of genic variation, morphological differentiation, genetic incompatibility, and a probable path in speciation between two MDH allelotypes (MM type and MS type) of the Dark Chub Zacco temmincki, a fresh water fish inhabiting in Korean waters. The degree of genic variation of MS type(HD=.023, HG=.021) was twofold higher than that of MM type (HD=.013, HG=.014) but both allelotypes were far less than the average genic variation of fresh water Bish in general. The average genetic similarities among 7 populations of MM type and 6 Populations of MS type were S=.947 and S=.966 respectively, whereas the value between two allelotypes was S=.853. Presumed divergent time of two allelotypes was estimated to be about 700 thousand years ago. Discriminant function analysis based on 18 morphometric characters of 302 specimens representing 12 populations revealed no morphological difference between two allelotypes. Artificial hybridization test indicates that there is an obvious genetic incogpatibility between two allelotypes and therefore it is assumed that isolating mechanism is completed.
자가사리 지역개체군의 분자계통 진화적 유연관계를 알아보기 위하여 미토콘드리아 cytochrome b 유전자 서열을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 우리나라 자가사리 개체군은 크게 3개의 집단으로 구분되었다. 즉 조상형 자가사리 개체군에서 먼저 낙동강 집단(금호강, 덕천강, 경호강 개체군)이 분화되었으며 그 후 섬진강 집단(동진강, 섬진강, 영산강, 거금도 개체군)과 금강 집단으로 분화되었을 것으로 추정할 수 있었다. 그리고 자가사리 개체군 집단 사이의 염기서열 차이는 금강집단과 섬진강집단 사이의 50~53 bp (4.4~4.7%)에 비해서 금강 집단과 낙동강 집단 사이의 차이는 63~65 bp (5.5~5.7%), 그리고 낙동강 집단과 섬진강 집단 사이에서 58~63 bp (5.1~5.5%)를 나타내어서 금강 집단과 낙동강 집단 사이에서 가장 유전적인 차이가 높은 것으로 나타났다. 이러한 개체군 집단의 분화양상과 유전적인 다형은 수계 형성과 같은 지리적 변화 때문에 생기는 오랫동안의 유전적 격리에 의한 것으로 분화시기 추정결과 이들 개체군 집단들의 격리 시기는 적어도 빙하기 이전으로 거슬러 올라가는 것으로 생각된다.
좀볼락 (Sebastes minor), 세줄볼락 (Sebastes trivittatus), 황볼락 (Sebastes owstoni) 및 노랑볼락 (Sebastes steindachneri)은 한국 동해 중부 이북해역에 서식하는 동해안 특산 어종이다. 이들 동해안 특산 볼락류의 분자진화를 이해하기 위하여 좀볼락과 세줄볼락의 미토콘드리아 유전체 (미토게놈)를 해독하였고, 한반도 주변 해역에 출현하는 16종 볼락의 미토게놈과 비교하였다. 좀볼락 및 세줄볼락의 미토게놈 전체 크기는 각각 16,408 bp 및 16,409 bp이었으며, 37개의 유전자 (13개의 단백질 코딩 유전자, 2개의 리보솜 RNA 유전자 및 22개의 tRNA 유전자)와 1개의 비암호화 영역으로 이루어져 있었다. 동해안 특산 볼락에 속하는 좀볼락, 세줄볼락, 황볼락 및 노랑볼락의 미토게놈을 분석한 결과, 유전체 구조, 뉴클레오티드 구성, 유전자 배열 등에서 매우 유사한 특징을 가지고 있었다. 또한 비암호화 영역인 조절영역에 잘 보존된 "ATGTA" 모티프(motif) 2개가 존재하는 것이 확인되었고, 특정 염기서열의 반복(tandem repeats)은 발견되지 않았다. 이들 동해안 특산 볼락류 4종의 미토게놈 염기서열 간에 차이는 단백질 코딩 유전자 영역보다 조절영역에서 더 큰 것으로 나타났다. 한반도 주변 해역에 출현하는 볼락속 어류의 미토게놈 정보를 이용하여 분자계통학적 유연관계를 분석한 결과, 16종의 볼락을 4개의 클러스터(cluster)로 그룹화할 수 있었고, 이 중에서 동해안 특산 볼락류 4종은 3개의 클러스터에 속해 있었다. 황볼락(S. owstoni)은 흰꼬리볼락(S. longispinis), 우럭볼락(S. hubbsi), 개볼락(S. pachycephalus), 황점볼락(S. oblongus), 황해볼락 (S. koreanus), 조피볼락 (S. schlegelii) 및 탁자볼락(S. taczanowskii)과 동일한 클러스터에 속하고, 세줄볼락 (S. trivittatus)은 누루시볼락 (S. vulpes)과 동일한 유전적 분기군으로 나타났다. 동해안 특산 볼락류 4종 중에서 좀볼락(S. minor)과 노랑볼락(S. steindachneri)은 동일한 클러스터로 분류되어 유연관계가 가장 높은 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 한국 동해 중부해역에 서식하는 볼락류의 진화양상을 이해하거나, Sebastidae 어류의 유전적 진화연구에 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
최근 생물정보학 분야의 연구는 하나하나의 유전자를 연구하던 예전의 방법에서 유전자들간의 관계를 알아보는 연구들로 변해가고 있다. 이러한 유전자들 간의 연구 중 하나가 유전자 팀(gene team)을 연구하는 것이다. 유전자 팀이란 몇몇 염색체들 사이의 유전자들이 보존되어 있는 것을 말하며, 닫힌 영역 안에 보존되어 있는 유전자들의 집합으로 볼 수 있다. 이들은 진화과정을 거치면서, 유전자 팀 내의 유전자들의 위치나 그 종류가 변한다. 이러한 유전자 팀을 찾기 위해 많은 연구들이 이루어져왔다. 본 논문은 생물정보학 분야에서 많이 사용되는 계층적 클러스터링(hierarchical clustering)방법을 변형하여 전체 유전체(whole genome) 쌍내에서의 의미 있는 영역을 찾고, 영역 내에서 gene team을 찾을 수 있는 방법을 소개한다. 본 연구 방법을 이용하면, 복잡한 구조의 두 유전체 사이의 연관 유전자들이나 유사 영역들의 맵(map)을 단계별로 간략화 하여 나타낼 수 있다.
한국, 중국, 일본, 대만 등 동아시아에 분포하는 피라미속 (Zacco) 어류에 대한 mitochondrial cytochrome b gene의 염기서열 분석을 통해 분자계통학적 유연관계를 조사하였다. MP tree 분석 결과, 한국산 참갈겨니와 갈겨니 집단은 모두 단계통군을 형성하고 있었으나 생물분포구계의 남한아 지역에 분포하는 참갈겨니와 갈겨니 집단은 일본산 갈겨니와 유전적으로 유사하게 분석되었다. 또한 한국산 피라미 집단은 일본산 피라미와 유전적 친화성을 보였으나, 중국산 피라미는 끄리와 분자계통학적 유연관계를 형성하였다. 참갈겨니의 한강집단은 동해 중북부에 서식하는 집단과 유전적으로 유사하였고, 갈겨니의 동진강과 영산강 집단은 유전적 동일 집단, 동진강과 섬진강 집단은 유전적 유사집단으로 여겨졌다. NJ tree 분석을 통해 피라미 집단은 참갈겨니와 갈겨니 및 Z. sieboldii 집단과는 오래전에 공동조상으로부터 분화되었고, Z. sieboldii의 조상으로부터 참갈겨니와 갈겨니가 분기진화한 것으로 추정되었다. 또한 중국에 서식하는 피라미는 한국산 피라미 집단과 상당한 유전적 차이를 보였을 뿐만 아니라 끄리속 어류와 분자계통수를 형성하고 있어 추후 동물지리학적 분포 및 피라미속 어류에 대한 계통분류학적 논의가 요구된다.
자연선택개념은 진화론의 핵심개념으로 다양한 생물학적 문제를 해결하기 위해 이해해야 될 필수 개념이다. 이 연구는 한국예비생물 교사들의 자연선택개념의 이해 수준을 조사하기 위하여 중국, 미국, 독일의 생물전공자와 비교하는 것을 목적으로 한다. 특히 이 연구에서는 자연선택개념의 두 개념요소인 생태개념과 유전개념으로 구분하여 예비생물교사의 자연선택개념을 분석하였다. 우리나라 예비생물교사 376명을 포함하여 1226명의 한국, 중국, 미국, 독일의 생물전공 예비교사의 자료를 토대로 분석하였다. 검사도구는 생태개념과 유전개념문항 각 10개씩을 포함하고 있는 Conceptual Inventory of Natural Selection의 20문항을 라쉬모델, 다변량분산분석, 일변량분산 분석을 활용하여 분석하였다. 그 결과 우리나라 예비생물교사의 자연선택개념 수준은 중국과 비슷하고 미국, 독일에 비하여 낮았다. 생태개념과 유전개념으로 구분하여 살펴보면, 우리나라 예비생물교사 1학년의 경우 중국과 독일에 비하여 유전개념이 유의미하게 낮았으며, 4학년의 경우 미국과 독일에 비하여 생태개념이 유의미하게 낮았다. 3년간의 예비생물교사 교육과정 동안 유전개념에 대한 교육은 성공적이었으나, 생태개념의 교육은 성공적이지 못하였다. 이 연구결과를 토대로 자연선택개념의 이해를 위한 예비생물 교사교육에 대해서 논의한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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