엽록체 DNA 염기서열 비교를 통한 두릅나무과 식물의 유연관계 분석

황환수,최용의 한국임학회 2012 산림과학 공동학술대회 논문집 Vol.2012 No.-

엽록체 DNA 바코드 분석을 통한 한국산 두릅나무과 식물 14종의 유연관계 분석

황환수,최용의 한국식물생명공학회 2016 JOURNAL OF PLANT BIOTECHNOLOGY Vol.43 No.1

Most Araliaceae plant species distributed in Korea are economically important because of their high medicinal values. This study was conducted to develop barcode markers from sequence analysis of chloroplast DNA in 14 taxa of Araliaceae species grown in South Korea. Sequencing of seven chloroplast DNA regions was performed to establish the DNA barcode markers, as suggested by the Consortium for the Barcode of Life (CBOL). From the sequence analysis of chloroplast DNA, we identified specific sequences and nucleotides that allowed us to discriminate among each other 14 Korean Araliaceae species. The sequence in the region of psbA-trnH revealed the most frequent DNA indels and substitutions of all 7 regions studied. This psbA-trnH marker alone can discriminate among all 14 species. There are no differences between Korean and Chinese Panax ginseng in all seven sequenced chloroplast DNA regions. A phylogenetic tree constructed using the seven chloroplast DNA regions revealed that Tetrapanax papyriferus should be classified as an independent clade. The Aralia and Panax genera showed a close phylogenetic relationship. Five species in the Eleutherococcus genus were more closely related to Kalopanax septemlobus than to any Panax species. 한국에 분포하는 두릅나무과 식물 대부분은 중요한 약용식물로 경제적인 가치가 크다. 본 연구는 분자적 방법인엽록체 DNA 바코드 염기서열 분석을 통해 한국에 자생하고 있는 두릅나무과 식물 14종 전체의 속 및 종간 유연관계를 파악해 보고 이를 구별할 수 있는 마커를 개발하기 위해 수행되었다. 국제 생물 DNA 바코드 컨소시엄(CBOL, the Consortium for the Barcode of Life)이 DNA barcoding marker로 제안한 엽록체 DNA 7영역의 염기서열을 분석한 결과, psbA-trnH영역에서 가장 많은 삽입, 결실 및 염기치환이 나타났으며 조사된 한국의 두릅나무과 식물 14 종 모두 구분 될 수 있었다. 또한 각각의 영역에서 특정속과 종만이 지니는 특이적인 염기서열을 찾을 수 있었다. 인삼의 경우 중국삼과 한국삼의 염기서열에는 차이가 전혀 없었다. 7영역을 모두 유합하여 작성한 계통수에서는 통탈목이 특이성을 나타내며 가장 기부에 분계조를형성하였다. 두릅나무속과 인삼속은 자매군을 형성하였고, 오갈피속 5 종 역시 서로 높은 유연관계를 나타내었다. 결론적으로 한국에 자생하는 14종의 두릅나무과 식물들이 모두 엽록체 DNA 바코드 마커 개발을 통해 동정이 가능함을 확인하였다.

토양 물리·화학적 성질 및 기상인자에 따른 국내 6개 지역의 루브라참나무 초기 생장 특성

황환수,김태림,오창영,임혜민,이일환,Hwang, Hwan Su,Kim, Tae Lim,Oh, Changyoung,Lim, Hyemin,Lee, Il Hwan 한국산림과학회 2022 한국산림과학회지 Vol.111 No.3

본 연구는 미국의 미시간주 산지로부터 도입한 종자를 이용하여 국내 6개 지역에서의 토양 물리·화학적 성질 및 기상인자에 따른 루브라참나무 초기 생장 특성을 분석하고자 수행되었다. 조사지는 화성, 양평, 평창, 삼척, 충주, 김제이며 2014년에 루브라참나무 묘목(1-0묘)은 3,000본 ha^-1 밀도로 식재되었다. 2021년도에 조사된 6개 지역 8년생 루브라참나무의 평균 수고, 근원경 및 재적생장은 각각 3.52 m, 3.84 cm, 0.0023 m³로 나타났다. 조사된 국내 6개 지역 중에서 경기도 화성시에 식재된 루브라참나무의 생장이 가장 우수하며 강원도 평창군의 생장이 가장 저조하였다. 토양특성 조사에서 조림지 토양 내 모래의 비율은 21.4~64.1%, 미사는 24.9~61.1%, 점토는 9.7~21.2%로 확인되었으며, pH는 전체적으로 4.15~4.80의 범위로 약산성을 나타내었다. 지역별로는 화성이 4.15로 가장 낮았고 삼척 지역이 4.80으로 가장 높았다. 조림지 토양의 물리·화학적 특성 및 기상인자와 생장 특성과의 상관분석을 진행한 결과, 토양인자들 중 pH는 근원경과 부의 상관을 나타냈으며 다른 토양인자들은 생장특성과 유의한 상관관계가 나타나지 않았다. 반면, 일 최고기온과 3~10월의 평균온도 등의 기상인자는 생장특성과 강한 정의 상관을 나타냈으며, 해발고와 지형, 3~10월의 강우 일수는 부의 상관을 보였다. 특히 화성지역은 가장 높은 일 최고온도와 3~10월의 평균온도, 낮은 고도와 산록에 가까운 지형으로 인해 가장 우수한 초기생장을 보이는 것으로 나타났다. 생장이 가장 저조했던 평창의 경우 높은 고도와 낮은 일 최저기온 등으로 인한 겨울철 동해 피해와 야생동물에 의한 수목 피해가 생장에 부정적인 영향을 주었던 것으로 분석되었다. 주성분 분석에서는 제 3 주성분까지 84.7%의 설명력을 나타냈으며, 생장특성인 근원경 및 재적과 생장이 가장 우수했던 화성지역이 강한 상관관계를 보였다. 종합적으로 국내 6개 지역 중에서 화성 지역의 루브라참나무 초기 생장이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 조림지 토양의 물리·화학적 특성보다는 온도나 고도와 같은 기상과 관련된 인자가 생장특성과 상관관계가 높다는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과는 루브라참나무 국내 조림 적지 판정 및 환경 특성에 따른 초기생장 특성 예측에 필요한 유용한 정보로 이용될 수 있을 것으로 판단된다. We investigated the early growth characteristics of Quercus rubra planted in six regions (Hwaseong, Yangpyeong, Pyeongchang, Samcheok, Chungju, and Gimje) in South Korea in relation to soil physicochemical properties and meteorological factors. Q. rubra (1-0) were planted at a density of 3,000 trees ha^-1. The average height, root collar diameter (RCD), and volume of 8-year-old Q. rubra planted in 2014 were 3.52 m, 3.84 cm, and 0.0023 m³, respectively. The growth parameters of Q. rubra were the highest and lowest in Hwaseong and Pyeongchang, respectively. Correlation analysis among the soil physicochemical properties, meteorological factors, and plantation growth characteristics found that pH was the only soil factor negatively correlated with RCD, and the other soil factors were not significantly correlated with the growth characteristics. However, growth characteristics were positively correlated to average temperature from March to October and daily maximum temperature; and they were negatively correlated to altitude, topology, and the number of rainy days from March to October. In particular, the trees planted in Hwaseong area showed the best early growth characteristics because this area had the highest daily maximum temperature, the x average temperature from March to October, the low altitude, and it is located close to the foot of a mountain. In Pyeongchang, the early growth characteristics were negatively affected by winter cold damage because of the high altitude, low daily minimum temperature, and damage by wild animals. In Hwaseong, meteorological factors such as temperature and altitude were more highly correlated to growth characteristics of Q. rubra than the physicochemical soil properties. These results will provide useful information for determining suitable sites for Q. rubra plantations and for predicting early growth characteristics in response to environmental factors.

엽록체 DNA 바코드 분석을 통한 한국산 두릅나무과 식물 14종의 유연관계 분석

황환수,최용의,Hwang, Hwan Su,Choi, Yong Eui 한국식물생명공학회 2016 식물생명공학회지 Vol.43 No.1

한국에 분포하는 두릅나무과 식물 대부분은 중요한 약용 식물로 경제적인 가치가 크다. 본 연구는 분자적 방법인 엽록체 DNA 바코드 염기서열 분석을 통해 한국에 자생하고 있는 두릅나무과 식물 14종 전체의 속 및 종간 유연관계를 파악해 보고 이를 구별할 수 있는 마커를 개발하기 위해 수행되었다. 국제 생물 DNA 바코드 컨소시엄(CBOL, the Consortium for the Barcode of Life)이 DNA barcoding marker로 제안한 엽록체 DNA 7영역의 염기서열을 분석한 결과, psbA-trnH영역에서 가장 많은 삽입, 결실 및 염기치환이 나타났으며 조사된 한국의 두릅나무과 식물 14종 모두 구분 될 수 있었다. 또한 각각의 영역에서 특정 속과 종만이 지니는 특이적인 염기서열을 찾을 수 있었다. 인삼의 경우 중국삼과 한국삼의 염기서열에는 차이가 전혀 없었다. 7영역을 모두 유합하여 작성한 계통수에서는 통탈목이 특이성을 나타내며 가장 기부에 분계조를 형성하였다. 두릅나무속과 인삼속은 자매군을 형성하였고, 오갈피속 5 종 역시 서로 높은 유연관계를 나타내었다. 결론적으로 한국에 자생하는 14종의 두릅나무과 식물들이 모두 엽록체 DNA 바코드 마커 개발을 통해 동정이 가능함을 확인하였다. Most Araliaceae plant species distributed in Korea are economically important because of their high medicinal values. This study was conducted to develop barcode markers from sequence analysis of chloroplast DNA in 14 taxa of Araliaceae species grown in South Korea. Sequencing of seven chloroplast DNA regions was performed to establish the DNA barcode markers, as suggested by the Consortium for the Barcode of Life (CBOL). From the sequence analysis of chloroplast DNA, we identified specific sequences and nucleotides that allowed us to discriminate among each other 14 Korean Araliaceae species. The sequence in the region of psbA-trnH revealed the most frequent DNA indels and substitutions of all 7 regions studied. This psbA-trnH marker alone can discriminate among all 14 species. There are no differences between Korean and Chinese Panax ginseng in all seven sequenced chloroplast DNA regions. A phylogenetic tree constructed using the seven chloroplast DNA regions revealed that Tetrapanax papyriferus should be classified as an independent clade. The Aralia and Panax genera showed a close phylogenetic relationship. Five species in the Eleutherococcus genus were more closely related to Kalopanax septemlobus than to any Panax species.

전사체 분석을 통한 가시오갈피( Eleutherococcus senticosus) 사포닌 생합성에 관여하는 유전자 연구

황환수 ( Hwan Su Hwang ),이효신 ( Hyo Shin Lee ),김민준 ( Min Jun Kim ),반용욱 ( Yong Wook Ban ),최용의 ( Yong Eui Choi ) 한국임학회 2014 산림과학 공동학술대회 논문집 Vol.2014 No.-

가시오갈피는 두릅나무과에 속하며 약효가 우수한 중요한 목본 중 하나이다. 하지만 많은 약용성분을 갖고 있음에도 불구하고, 가시오갈피의 사포닌 생합성 경로에 관여하는 유전자에 관해서는 거의 연구가 진행되지 않았다. 본 연구에서는, Genome sequencer FLX Plus를 사용하여 평균 422 base길이의 sequence와 627,923개의 high-quality read를 생산했다. De novo assembly에서는 16,214개의 contig들과 57,594개의 singleton들을 포함하여 총 73,808개의 새로운 sequence들을 산출했으며, 그 중41,278 (55.9%)개의 시퀀스들은 BLAST 유사성에 의하여 주석이 달렸다. 이를 통하여, 사포닌 골격 합성에 관여한다고 알려진 isoprenoid 경로의 효소들을 Acetyl-CoA부터 β-Amyrin까지 전부 찾을 수 있었다. 추가적으로, 206개의 CYP(cytochrome P450)와 145개의 UGT(UDP-glycosyltransferase) sequence를 발견했으며, 그 중 몇몇은 사포닌의 골격을 다양한 사포닌으로 변환시킨다고 알려진 encode 효소들로 454 cDNA library에서 찾아졌다. 최종적으로, 네 개의 CYP450과 세 개의 UGT들이 methyl jasmonate(MeJA) 유도 실험과 Real-Time PCR 분석을 통해 사포닌 생합성에 관여한다고 여겨지는 후보 유전자들로서 선발되었다. 얻어진 454 expressed sequence tag(EST)들은 가시오갈피 유전체의 기능적인 연구와 사포닌 물질대사 연구에 중요한 기초로 제공될 것이다. Eleutherococcus senticosus is a highly valued woody medicinal plant belonging in the Araliacae family. Even though extensive research work has been carried out on this plant, till date there is no report is available on describing the advanced stages of saponin biosynthetic pathway. Hence, in this study, de novo sequencing was performed to select the candidate genes involved in saponin biosynthetic pathway. One-half 454 pyrosequencing run produced 627,923 high-quality reads with an average sequence length of 422 bases. De novo assembly generated 73,808 unique sequences including 16,214 contigs and 57,594 singletons. About 41,278(55.9%) unique sequences were annotated using BLAST similarity searches. 206 CYPs(cytochrome P450) and 145 UGTs(UDP-glycosyltransferase) involved in the saponin backbone synthesis were isolated. Based on the methyl jasmonate(MeJA) treatment and Real-Time PCR analysis, four CYP450 and three UGT were finally selected as candidate genes involved in the saponins biosynthetic pathway. The obtained 454 expressed sequence tags(ESTs) will pave the way to study the saponin biosynthetic pathways and functional genomics of Eleutherococcus senticosus.

산업차량용 전기-유압 하이브리드 시스템의 성능 및 에너지 소비 효율 최적화 연구

김준형(Joonhyung Kim),황환수(Hwansu Hwang),강건(Geon Kang),정원욱(Wonwook Jung),윤수빈(Soobin Yoon),배종원(Jongwon Bae),이대엽(Daeyup Lee) 한국자동차공학회 2017 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2017 No.11

국내 아까시나무의 용재 특성 향상을 위한 우량개체 선발

김태림,임혜민,이경미,오창영,이일환,황환수 한국자원식물학회 2023 한국자원식물학회지 Vol.36 No.1

Abstract - Plus tree selection is the essential first step in a tree improvement program. This study was carried out to select plus trees of black locust (Robinia pseudoacacia L.) for tree improvement in Korea. The candidate plus trees of black locust were selected from twenty-one places in the four provinces (Gangwon, Gyeonggi, Chungcheong and Gyeongsang) following comparison selection. The trees were examined for qualitative and quantitative traits of economic interest like tree height (H), diameter at breast height (DBH), clear bole height (CBH), stem straightness (SS), crown size (CS) and disease resistance. The 64 selected trees showed higher quality in growth characteristics than control trees. Average of height, DBH, CBH, SS and CS were 20.5 m, 31.1 ㎝, 10.1 m, 1.2 and 5.2 m respectively. In particular, it was shown that the growth characteristics were higher in Chungcheong population. The superiority percentage of selected candidate plus trees of black locust over their respective check trees ranged from 7.3% to 18.9% in height, 20.0% to 40.6% in DBH, 32.8% to 73.5% in CBH, 42.9% to 55.2% in SS and -11.1% to 9.4% in CS, respectively. The selected black locust will be useful in future tree breeding programs based on their clonal and progeny performance. 적 요기후변화 대응 바이오매스 생산이 우수한 활엽수 경제 조림수종 개발에 대한 수요가 증가하고 있다. 아까시나무는 탄소흡수능이 우수한 속성수로서 국내 적응성이 뛰어나고 경제적, 환경적 기능이 우수하다. 본 연구는 비교선발법을 이용하여 용재수로서 가치가 높은 아까시나무 우량개체 64본을 선발하였다. 경기, 강원, 충청, 경상 등 4개 지역으로 나누어서 생장특성을비교한 결과 선발목들은 비교목들에 비해 수고, 흉고직경, 지하고, 통직성에서 유의적으로 우수한 형질을 보였다. 특히 충청지역의 선발목들이 가장 우수한 생장특성을 나타냈으며, 임분별로는 고성, 천안, 안동 집단이 우량집단으로 나타났다. 생장에영향을 주는 요인 중에서 토양 성분은 상관관계가 없었으며, 대단위 산림 조림 지역 혹은 호수와 저수지가 인접한 지역의 선발목이 수고 생장이 우수한 것으로 나타났다.