한국에서 양식되어지고 있는 한국산 굴류 4종, 굴(Crassostrea gigas Thunberg), 바위굴(C. nippona Seki), 강굴(C. ariakensis Fujita et Wakiya), 토굴(Ostrea denselamellosa Lischke)의 유전적 근연관계를 조사하고자 미토콘드리아 DNA의 16S rDNA와 cytochrome c oxidase I (COI) 유전자 일부분의 염기서열을 분석하였다. 16S rDNA의 319 bp와 COI유전자의 710 bp를 PCR 증폭하여 염기서열을 결정하였으며, 염기서열과 아미노산서열을 자료로 하여 UPGMA와 neighbor-joining 방법으로 계통수를 작성하고, 종간 유연관계를 확인하였다. Crassostrea 속과 Ostrea 속간 비교에서는 뚜렷한 유전적 분화를 나타내었으며 계통분석 결과, neighbor-joining 방법에 의한 COI의 아미노산 서열분석에서는 굴과 강굴이 자매군을 형성하는 양상을 보였으나 두 유전자의 염기서열과 A+T 비율 비교에서는 굴과 바위굴이 자매군을 형성하는 것으로 나타났다.
세균 16S rRNA 유전자 염기서열은 분자계통분류, 진화역사 규명, 미생물 검출 등 다양한 목적으로 이용되어 왔다. 세균 제놈(genome)은 multiple rRNA 오페론을 갖고 있으며, 이들 유전자 염기서열은 일부 변이가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 Vibrio 속의 16S rRNA 유전자 염기서열을 이용하여 세포 내 16S rRNA의 이질성을 규명하였다. 분석은 GenBank 자료 중에서 제놈 염기서열 annotation이 완료된 V. cholerae, V. harveyi, V. parahaemolyticus, V. splendidus, V. vulnificus를 이용하여 실시하였다. Vibrio 속은 1번 염색체에 7~10개의 16S rRNA 유전자 copy를 갖고 있으며, 이들의 세포 내 유전자 변이는 0.9% 이하 상이성(99.1%이상 DNA 상동성)을 보였다. 2번 염색체에서는 16S rRNA 유전자가 1개 이하로 존재하였다. 유전체내 16S rRNA 유전형은 최소 5개(V. vulnificus #CMCP6)에서 최대 8개(V. parahaemolyticus #RIMD 2210633, V. harveyi #ATCC BAA-1116)로 조사되었다. 본 결과는 Vibrio 속의 16S rRNA 유전자 염기서열이 높은 이질성을 갖는 것을 제시해 준다.
우리나라 망둑어과 어류 중 말뚝망둥어아과에 속하며 형태학적으로 흡사한 짱뚱어 (B. pectinirostris)와 남방짱뚱어(S. gigas)를 대상으로 12S rRNA, 16S rRNA 및 mitochondria cytochrome b 유전자의 염기서열 분석을 통해, 종내 및 종간의 분자유전학적 특성을 파악하고자 하였다. 짱뚱어 종내 개체간 유전적 차이를 밝히기 위해 mitochondria내에 3가지 유전자를 분석한 결과, 순천지역과 군산지역간의 염기서열은 12S rRNA는 총 434 bp (base pair)의 염기서열을 얻었으며 이를 비교 분석한 결과, 순천지역과 군산지역의 집단 간에는 100% 동일한 염기서열을 보였고, 16S rRNA 유전자는 총 484 bp의 염기서열 중 99.6%의 차이로 단지 2 bp가 치환된 것으로 나타났고, mitochondria cytochrome b 유전자의 경우, 444 bp의 염기서열을 얻었으며 두 지역 간 염기서열은 100%의 일치도를 보였다. 한국산 짱뚱어를 대상으로 한 동일한 종내에서 서식지 (서해, 남해)에 따른 유전적 차이나 지리적 거리의 차이가 있을 것으로 예상하였으나 이상의 3가지 유전자를 비교해 본 결과를 종합해 보면, 종내 개체 변이와 지역별 변이는 일어나지 않은 것으로 밝혀졌다. 또한 짱뚱어와 남방짱뚱어 2종간 비교 (inter-species)에서는 순천지역 짱뚱어와 해남지역 남방짱뚱어를 12S rRNA 유전자와 16S rRNA 유전자 및 mitochondria cytochrome b 유전자 염기서열을 비교 분석한 결과, 각각 96.1% (17 bp), 94.0 (29 bp), 그리고 82.9% (76 bp)로 나타나 두 종의 유전학적 차이는 크게 나타났다. 따라서 본 연구에서 나타난 짱뚱어와 남방짱뚱어 두 종간에 3.9~17.1%를 보여 서로 다른 종으로 볼 수 있을 것으로 사료되었다.
염기서열 해독작업에서 각 핵산 단편을 조립하는 contig 구성문제에 활용이 가능한 computer program을 개발하였다. 본 프로그램은 국내에서 광범위하게 사용되고 있는 MS-Windows 운영체제의 개인용 컴퓨터에서 작동이 가능하며, GenBank, FASTA, ASCII 등과 같은 다양한 형태의 염기서열 자료를 입력할 수 있다. 두 단편에서 최대 유사도를 나타내는 부분을 정렬하는 작업에는 염기서열의 국부적 상동성을 계산하고 dynamic programming 알고리즘을 적용하는 방법을 이용하였다. 또한 사용하기 편리한 그래픽 방식의 인터페이스를 제공하여 초보자라도 손쉽게 조작할 수 있다는 장점을 갖는다. 본 프로그램의 성능을 검증하기 위하여 세균과 곰팡이로부터 해독된 16S rRNA 와 18S rRNA 유전자의 단편 염기서열을 재구성하는 작업에 프로그램을 사용하였을 때에 효율적인 작업이 가능하였다.
제주도에 서식하는 2종의 해양 해면, Dictyonella sp.와 Spirastrella abata의 공생세균 군집구조를 16S rDNA-DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis) 방법에 의해 분석하였다. 해면으로부터 total genomic DNA를 추출하여 GC clamp가 추가된 세균에 특이적인 341f primer와 518r primer를 이용하여 16S rRNA gene의 V3 부위를 증폭한 후 DGGE 전기 영동하고 재증폭하여 염기서열을 분석하였다. 그 결과 Dictyonella sp.에서 8개, Spirastrella abata에서 7개의 band를 확인할 수 있었다. 공통된 주요 band가 없는 패턴을 나타내었으며, DGGE band로부터 DNA를 추출하여 부분 염기서열을 분석한 결과, NCBI에 등록된 서열들과 93%~98%의 유사도를 나타내었다. Dictyonella sp.의 주요 해면 공생세균은 uncultured Gammaproteobacteria, Spirastrella abata의 경우 uncultured Alphaproteobacteria, Firmicutes에 각각 포함되어 해면 종에 따른 숙주 특이적 분포를 보이는 것으로 나타났다.
비배양에 근거한 16S rDNA-DGGE fingerprinting 방법을 적용하여 공생세균 군집구조를 조사하였다. Zobell 배지와 천일염 배지를 사용하여 총 164균주를 선별하였다. 이들 균주로 부터 증폭한 16S rDNA를 제한효소 HaeIII와 MspI을 사용하여 절단한 후 각각의 다른 RFLP 패턴으로 구분하였다. RFLP패턴으로부터 유래한 16S rDNA의 염기서열 분석 결과, 알려진 염기서열들과 95% 이상의 유사도를 나타내었으며 Proteobacteria (Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria), Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes의 4개의 문이 나타났으며 우점 군집은 Alphaproteobacteria였다. 해면에서 분리한 total gDNA로 부터 증폭한 16S rDNA의 DGGE 분석 결과 5개의 DGGE band가 확인 되었고, 각각의 band의 염기서열 분석 결과 알려진 염기서열들과 96% 이상의 유사도를 나타내었으며 band로부터 밝혀진 모든 서열들은 배양되지 않은 세균 클론들과 높은 상동성을 나타내었다. DGGE에 의한 공생세균 군집은 Proteobacteria (Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria), Actinobacteria, Spirochetes, Chloroflexi로 4개의 문(phylum)으로 나타났다. Spirastrella abata의 공생세균 군집에 대한 RFLP와 DGGE 적용 결과, Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Actinobacteria의 공통 세균 그룹이 발견되었으나 전체적인 공생세균 군집구조는 분석 방법에 따른 차이를 나타내었다.
해양 해면 Asteropus simplex를 제주도에서 채집하여 배양에 의한 RFLP와 비배양에 의한 DGGE 분석 방법에 의해 세균군집 구조를 조사하였다. 16S rDNA-RFLP 분석을 위해 변형된 Zobell 배지와 MA를 이용하여 120균주를 선별하고 제한효소, HaeIII와 MspI을 사용하여 각각의 다른 RFLP 패턴으로 구분하였다. RFLP 패턴으로부터 유래한 16S rDNA 염기서열 분석결과, 알려진 세균 종과 94% 이상의 유사도를 나타내었으며 Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, 5개의 문이 관찰되었다. 그 중 Gammaproteobacteria가 우점하였다. 같은 해면, A. simplex의 DGGE 분석을 위해 total genomic DNA로부터 16S rDNA를 증폭하여 DGGE fingerprinting을 수행한 결과 12개의 서로 다른 밴드가 관찰되었다. 각 밴드의 16S rDNA 염기서열은 알려진 세균의 염기서열과 90% 이상의 유사성을 나타내었으며 대부분의 염기서열은 uncultured bacteria에 속하였다. DGGE 분석으로부터 미생물의 군집은 Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, Nitrospira, 7개의 문으로 나타났다. RFLP와 DGGE 방법에 의해 Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Actinobacteria가 공통적으로 발견되었으나 전체적인 공생세균의 군집구조는 분석방법에 따른 차이를 나타내었다. 배양에 의한 방법보다 비배양 방법에서 더 다양한 세균군집구조를 나타내었다.
순천만 갯벌의 세균 군집의 다양성을 조사하기 위해 16S rDNA의 다양성을 조사하였다. 갯벌로부터 전체 핵산을 분리한 후, 세균에 상보적인 universal primer로 증폭된 16S rDNA로부터 클론 라이브러리를 만들었다. 총 111개의 클론으로부터 HaeIII를 이용하여 amplified rDNA restriction analysis (ARDRA)를 수행하고, Gelcompar II 프로그램을 이용하여 pattern을 clustering하였다. 111개의 클론 중 100가지의 서로 다른 RFLP type이 조사되었고, 이들 중 전체 클론 라이브러리를 대표할 수 있는 20개의 클론을 선별하여 부분적인 염기서열을 분석하여 세균 다양성을 분석하였다. 20개의 클론중에는 RDP와 GenBank에서 제공하는 small subunit RNA database와 동일한 클론은 존재하지 않았으며, 이미 알려진 배양 가능한 세균의 16S rRNA 염기서열과 비교 하였을때 77∼96.8%의 유사도를 보였다. 또한 이들 20개의 클론은 alpha-, delta-, gamma-Proteobacteria, low G+C Gram positive bacteria, high G+C Gram positive bacteria, Sphingobacteria (Cytophaga); Cyanobacteria (Chloroplast)등 주요한 7개 lineage에 속했으며, 클론들 중 Proteobacteria가 우점종을 차지하고 있었다.
Microbispora 속에 소속된 미생물 9주(표준 미생물 3종과 토양 분리주 6주를 포함) 에 대하여 16S ribosomal RNA 유전자 염기서열이 결정되었다. 이들은 Streptosporangiaceae과의 대표균주들의 염기서열과 비교하여 Microbispora 속에 소속된 미생물들의 진화적 유연 관계가 조사되었다. 계통분석 결과 Microbispora 속의 모든 표준 종들은 일관성 있게 단계통 단위를 형성하였으며 Streptosporangiaceae과의 다른 속들과 잘 구분되었다. 토양 분리주들은 모두 Microbispora속에 소속된 반면 비공식적으로 기술되어 온 Microbispora griseoalba IMSNU$ 22049^{T}$ (=KCTC $9314^{T}$ )는 Nocardia 속의 미생물들과 가까운 유연 관계를 보여 주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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