Genetic Diversity and Population Structure of Pseudobagrus fulvidraco in the Nakdong River

허만규,최주수,허윤성,이복규,Huh, Man-Kyu,Choi, Joo-Soo,Heo, Youn-Seong,Lee, Bok-Kyu Korean Society of Life Science 2007 생명과학회지 Vol.17 No.7

전분 젤 전기영동을 사용하여 한국내 분포하는 동자개 여섯 집단에서 유전적 다양성과 집단구조를 평가하였다. 14개 대립유전자좌위에서 9좌위가 다형현상을 나타내었다(64.3%). 종수준과 집단수준에서 유전적 다양성은 각각 0.286과 0.277이였다. Wright의 고정지수에서 Hardy-Weinberg 평형에 비해 전반적인 이형접합체 결핍이 나타났다. 이 결핍은 집단내 유효한 개체수의 부족을 시사한다. 집단간 유전적 분화 정도는 0.064로 대부분의 유전적 변이(93.6%)가 집단내에 있음을 의미한다. 간접적으로 평가된 집단간 이주하는 개체수는 3.67로 나타났다. 제한된 유전자 유동과 유효집단의 감소는 유전적 부동을 유발하고, 주기적인 포획으로 인한 개체수의 감소는 유전자 상실로 이어지고 있다. 대부분의 집단이 겨울철 가뭄과 여름철 홍수로 심한 병목을 겪고 있었다. Enzyme electrophoresis was used to estimate genetic diversity and population genetic structure of Pseudobagrus fulvidraco in Korea. Nine of the 14 loci (64.3%) showed detectable polymorphism. Genetic diversity at the population and species levels were 0.286 and 0.277, respectively. Analysis of fixation indices, calculated for all polymorphic loci in each population, showed a substantial deficit of hetero-zygotes relative to Hardy-Weinberg expectations. This deficit is expected that it is due to a limited effective number of individuals per population. The average $G_{ST}$ for polymorphic loci was 0.064, indicating that most (93.6%) of the genetic diversity occurred within populations. The indirect estimate of gene flow based on mean $G_{ST}$ was 3.67. Given limited gene flow is expected to diverge genetically due to drift and reduced populations. Most populations in our study experience annual, severe demo-graphic bottlenecks due to drought and floods.

한국내 조릿대의 교배계에 대한 유전학적 연구

허만규,노광수,Huh Man Kyu,Roh Kwang Soo 한국생명과학회 2005 생명과학회지 Vol.15 No.1

조릿대(S. borealis)는 다년생 초본으로 한국, 일녈, 중국의 일부에 제한적으로 분포한다. 이 종은 자가 및 타가수분에 의한 혼합번식 형태를 취한다. 전분 전기영동을 이용한 12개의 대립 유전자좌위에서 종의 교배계를 조사하였다. 교배계에서 타가 및 자가 수분, 그리고 줄기의 변형으로 영양번식이 이루어지는 매우 복잡한 혼합 방식의 교배 양식은 제한된 분포, 고산식생대 등의 환경에서 생존할 수 있는 조릿대의 생존전략과도 관련이 있을 것으로 보인다 또한 일부 자생지 파괴에 대한 유효집단의 감소가 일어나 생물자원 확보를 위한 자생지 보존이 필요하다 Sasa borealis Makino is distributed in East Asia such as Korea, Fushun in China, and Japan. Especially the species is only found in the high altitude (above 600 m) at mountain of cold regions including The Korean Peninsula. The level of genetic diversity and population structure of this species was surveyed using starch gel electrophoresis at putative five enzyme loci from three natural populations in Korea. Results from twelve loci indicated that genetic diversity was low. In addition, analysis of fixation indices revealed a substantial heterozygosity deficiency in some populations and loci. The reasons for the deficit of heterozygosity may be partly considered inbreeding, small population sizes, and mating of demes. S. borealis can reproduce extensively by producing rhizomes and potentially by sexually produced seeds. Rhizomes are generally long, prostate stems rooting at the nodes.

한국내 고추나물의 하이퍼리신 유전자(HyH)의 탐색과 유럽의 서양고추나물과 비교

허만규,Huh, Man-Kyu 한국생명과학회 2007 생명과학회지 Vol.17 No.8

하이퍼리신(Hypericin, HyH)은 예로부터 성 요한의 풀(St. John's Wort)로 널리 알려져 있는 서양고추나물(Hypericum perforatum)에서 추출되는 약리성분이다. 서양고추나물은 국내에서는 자생하지 않으나 같은 속의 고추나물(H. erectum) 등이 이속에 속하며 우리나라에 자생한다 . 고추나물을 조직배양으로 RNA를 추출하고 cDNA를 합성한 후 Hyp 유전자를 추출하여 서열화한 결과, 전체 크기는 732 bp로 나타났으며 서양고추나물의 HyH-1과 거의 99.8% 서열 일치를 나타내었다. 이 서열의 152개 아미노산 역시 서양고추나물의 항산화효소와 98% 일치하였으며 자작나무와 능금속 식물에서 유발되는 알레르기 유발유전자와 약 60% 일치를 나타내었다. 본 연구 결과 우울증치료제로 사용되는 하이퍼리신 추출에 우리나라 자생종인 고추나물이 이용될 수 있을 것으로 사료된다. Hypericin (HyH) is a substance which is isolated a medicinal herb, Hypericum perforatum L., commonly known as St. John's Wort. Hypericum erectum is a long-lived herb that is distributed in Korea. Cloned HyH genes H. erectum of were conformed by sequencing. The cDNA Hyp-1 sequence has 732 bp with an open reading frame of 567. Thus coding for a protein of 152 amino acid residues. A BLAST re-search using the deduced nucleotide sequences in HyH gene produced significant alignments with the H. perforatum. Sequences in HyH gene showed significant homology with Rubus idaeus putative allergen Rub-i-1 mRNA, Protein sequence comparisons revealed significant homology between Hyp-1 and the phenolic oxidative coupling protein hyp-1 of H. perforatum (98%). Additionally, Hyp-1 showed sig-nificant homology with various other classes of allergens, including Pru-av-1 (62%) from Prunus avium and allergen Bet-vl-Sc3 from Betula pendula (60%). Thus, the result of this study may offer an important information to establish an assay system for chemicals of the herbal medicines for H. erectum as well as H. perforatum.

Population Genetic Structure of Potentilla discolor Bunge, Rosaceae in Korea

허만규,Huh, Man-Kyu Korean Society of Life Science 2006 생명과학회지 Vol.16 No.6

한국내 분포하는 장미과의 솜양지꽃(Potentilla discolor Bunge) 15집단에 대한 19 알로자임 대립유전자좌위에서 유전적 다양성과 집단구조를 분석하였다. 조사한 좌위에 대해 약 73.7%가 다형성을 나타내었다. 종과 집단 수준에서 유전적 다양도는 각각 0.215, 0.196이었으며, 집단간 분화정도는 낮았다$(G_{ST}\;=\;0.069)$. 전체 유전적 다양성은 0${\sim}$0.656이며 평균 0.292였다. 유전적 다양도 중 집단내 변이는 높았다$(H_{S}\;=\;0.274)$. 전체 유전적 변이에서 집단간 차이는 Pgm-2에서 0.010, Pgd-2에서 0.261로 평균 0.069였다. 이는 전체 알로자임 변이 중 약 6.9%가 집단간에 있음을 의미한다. 솜양지꽃의 특성으로 광범위한 분포, 다년생 초본, 여러 세대의 존재 등이 높은 유전적 다양성을 나타내는데 기여하는 것으로 설명된다. 조사한 솜양지꽃 집단에서 세대당 이주하는 개체수는 3.36으로 평가되었다. The genetic diversity and population structure of fifteen Potentilla discolor Bunge populations in Korea were determined using genetic variations at 19 allozyme loci. Fourteen of the 19 loci (73.7%) showed detectable polymorphism. Genetic diversity at the species level and at the population level was high ($H_{ES}\;=\;0.215$, $H_{EP}\;=\;0.196$, respectively), whereas the extent of the population divergence was relatively low $(G_{ST}\;=\;0.069)$. Total genetic diversity values $(H_T)$ varied between 0.0 and 0.656, giving an average overall polymorphic loci of 0.292. The interlocus variation of genetic diversity within populations $(H_S)$ was high (0.274). On a per locus basis, the proportion of total genetic variation due to differences among populations $(G_{ST})$ ranged from 0.010 for Pgm-2 to 0.261 for Pgd-2 with a mean of 0.069, indicating that about 6.9% of the total allozyme variation was among populations. Wide geographic ranges, perennial herbaceous nature and the persistence of multiple generations are associated with the high level of genetic variation in P. discolor. The estimate of gene flow based on $G_{ST}$ was high among Korean populations of P. discolor (Nm = 3.36).

Population Structure and Genetic Diversity of Garlic in Korea by ISSR Marker

허만규,성정숙,최주수,정영기,류은주,정경태,Huh Man-Kyu,Sung Jung-Sook,Choi Joo-Soo,Jeong Young-Kee,Rhu Eun-Ju,Chung Kyung-Tae Korean Society of Life Science 2006 생명과학회지 Vol.16 No.2

마늘은 전 세계적으로 분포하는 다년생 초본이다. 마늘은 약리적, 경제적으로 중요한 작물이다. 야생종과 재배종의 유전관계를 ISSR 마커로 조사하였다. 또 ISSR 분석으로 이들 종의 유전적 다양도와 집단구조를 실시하였다. 한국의 세 야생 집단은 분리되어 있고 패치 분포를 보이지만 재배종에 비해 높은 유전적 다양성을 유지하고 있었다. ISS5R 마커로 야생종과 재배종의 계통관계는 잘 분리되었다. 비록 한국내 재배종 마늘이 산마늘에서 진화하였 다는 직접적 증거는 없지만 본 연구 결과 그런 가능성은 시사된다. 또한 야생종 산마늘 집단은 생식질 동정과 재배종 마늘의 진화과정에서 유익하게 쓰일 수 있다. Garlic is a perennial herb primarily distributed throughout the world. These plants are regarded as a medically and agricultural important crop in the world. The genetic relationships between cultivated and wild species were investigated at the population levels by constructing tree based on ISSR (inter-simple sequence repeats) markers. In addition, ISSR analysis was also conducted to estimate genetic diversity and population structure of these species. Three wild garlic populations in Korea were found to have more alleles per locus (mean 1.672 vs. 1.510) higher percent polymorphic locus (67.2 vs. 51.0), and higher diversity (0.250 vs. 0.198) than three cultivated populations. The cultivated and wild species in Korea are well separated from each other at phylogenetic trees. Although there is not direct evidence that A. victorialis is an ancestor of Korean A. sativum, there is a possibility that cultivated A. sativum in Korea has evolved from wild A. victorialis in Korea. Populations of A. victorialis may be useful in germ-plasm classification and evolutionary process.

거제시 계룡산의 편백군락에 관한 생태학적 연구

허만규,최주수,문성기,Huh Man Kyu,Choi Joo-Soo,Moon Sung Gi 한국생명과학회 2005 생명과학회지 Vol.15 No.3

본 조사 지역은 도심의 자연공간이 비록 인위적 조성이긴 하나 질적 및 양적으로 식생이 양호하게 잘 관리할 수 있음을 단적으로 보여 주었다. 식물상은 광범위한 조사 지역이 아님에도 불구하고 세 가지 특징이 있다. 첫째는 교과서적인 이차림에 의한 군락이 매우 양호하다는 점이다. 그러나 자연지역에서는 군락 형성이 미미했다. 둘째는 다양도는 자연집단에서는 높게 나타나고 조림지에서는 낮았다. 셋째, 자연 식생과 조림지의 종조성, 종다양도, 산림의 생산력에서 확연히 차이가 드러났다. The characters of Chamaecyparis obtusa community extended around the Mt. Gyeryoung in Geoje-cik were investigated for several ecological parameters and the results can be summarized as fellows. Chamaecyparis obtusa is prevailing in the plantation area, whereas Pinus densiflora and Quercus mongolica are prevailing in its outskirts. Plant biomass and net production which estimated from degree of green naturality and Miami's model were much higher in the plantation than those of the natural forest. However, the mean species diversity of plantation was lower than that of natural populations. In stratification of investigated areas, overstory tree layer was dominant in the zone of plantation and dominant layers in the natural forest were understory tree layer, shrub, and herb.

Comparison of Genetic Diversity and Relationships of Genus Kalopanax Using ISSR Markers

허만규,Huh, Man-Kyu Korean Society of Life Science 2006 생명과학회지 Vol.16 No.5

ISSR 마크로 한국내 자생하는 음나무속 4분류군(음나무, 가시없는 음나무, 털음나무, 가는잎음나무)에 대해 유전적 다양성과 계통관계를 조사하였다. 64개의 재현성 높은 ISSR 밴드가 생성되었다. 음나무속의 각 개체별 분석에서 41개 밴드(64.1%)가 다형성을 나타내었다. 네 분류군을 통합하였을 때 그룹내 다양도는 0.115였고 그룹간 다양도는 0.467이였다. 종내 유전자 흐름(Nm)의 측정결과 음나무의 Nm값은 털음나무, 가는잎음나무에 비해 낮았다. 이는 지리적 거리에 따른 생식적 격리가 이 종의 집단구조를 형성하고 있다고 판단된다. 계통도 분석에서 ISSR 마크로 속수준의 네 분류군뿐만 아니라 집단까지도 잘 분리되어 본 연구에 사용한 마크가 분류에 효과적임이 규명되었다. Inter simple sequence repeat (ISSR) markers were performed in order to analyse the phylogenetic relationships of four taxa of Castor-aralia (Kalopanax pictus): K. pictus, K. pictus var. magnificus, K. pictus var. maximowiczii, and thornless K. pictus. The 11 primers were produced 64 reproducible ISSR bands. Analysis of ISSR from individual plants of Korean K. pictus resulted in 41 polymorphic bands with 64.1%. When species were grouped by four taxa, within group diversity was 0.115 $(H_S)$, while among group diversity was 0.467 $(G_{ST})$ on a per locus basis. The estimated gene flow (Nm) for K. pictus var. maximowiczii and K. pictus var. magnificus were very higher than K. pictus. It is suggested that the isolation of geographical distance and reproductive isolation among K. pictus populations may have played roles in shaping the population structure of this species. In phenetic tree, ISSR markers are very effective in classifying natural populations as well as taxon levels of genus Kalopanax in Korea.

Genetic Relationships between Gardenia jasminoides var. radicans and G. jasminoides for. grandiflora Using ISSR Markers

허만규,Huh, Man-Kyu Korean Society of Life Science 2007 생명과학회지 Vol.17 No.1

꽃치자(Gardenia jasminoides var. radicans)와 열매치자(C. jasminoides for. grandiflora)는 Gardenia속으로는 우리나라에 두 분류군밖에 없으며 열매치자는 약용, 식용, 꽃치자는 방향제로 쓰인다. 그런데 꽃이 지고 나면 형태적으로 구분이 거의 되지 않는다 ISSR분석으로 이들 종의 유전적 다양도와 집단구조를 실시하였다. 88개의 DNA 분절에서 한 분류군에만 나타나는 특이밴드가 탐지되었다. 한국의 세 야생 집단은 분리되어 있고 패치 분포를 보이지만 재배종에 비해 높은 유전적 다양성을 유지하친 있었다. 열매치자가 꽃치자보다 유전적 다양성이 높았으며 ISSR 마커로 이들 분류군이 잘 분리되었다. 또한 야생 집단이 재배 집단보다 다양성이 약간 높으나 유의성은 없었다. 이는 재배화과정에서 유전적 다양성의 일부 상실이 있었으나 인위적인 채취와 식재로 야생 집단과 재배 집단의 유전적 교류가 존재하였음을 시사한다. Inter simple sequence repeat (ISSR) markers were performed in order to analyse the genetic relation-ships of both taxa of Gardenia jasminoides var. radicans and G. jasminoides for. grandifora. Over the 88 fragments, only one locus (ISSR-11-05) was specific to G. jasminoides var. radicans and only one (ISSR-09-05) G. jasminoides for. grandiflora. Although G. jasminoides var. radicans showed low levels of alleles and Shannon's information index than G. jasminoides for. Grandiflora, however, there was not significant differences (p > 0.05). For both taxa the mean genetic diversity of natural populations was higher than that of cultivation populations. It was suggested that domestication processes via artificial selection do not have eroded the high levels of genetic diversity. ISSR markers were more effective in classifying natural populations of wild G. jasminoides in East Asia as well as cultivated G. jasminoides. The information about the phylogenetic relationship of G. jasminoides var. radicans and its closely related species is very valuable of the systematics of genus Gardenia, the origin of cultivated G. jasminoides, and future G. jasminoides breeding.

Genetic Diversity and Population Structure of Potentilla freyniana in Korea

허만규,Huh, Man-Kyu Korean Society of Life Science 2007 생명과학회지 Vol.17 No.7

전분 젤 전기영동을 사용하여 한국내 분포하는 세잎양지꽃 8개 집단에서 유전적 다양성과 집단구조를 평가하였다. 종수준에서 효소내 다형현상을 나타내는 대립유전자좌위는 68.4%였다. 집단 수준에서 유전적 다양도는 유사한 생활사를 가진 초본류의 평균값에 비해 높았다. 전체 유전적 다양도는 조사한 8개 집단에 대해 0.190과 0.584사이에 있었으며 평균은 0.371이였다. 집단내 유전적 다양도는 0.354였다. 집단간 분화정도는 비교적 낮았다($G_{ST}$ = 0.065). 고정지수 분석 결과 많은 집단과 대립유전자좌위에서 이형접합체의 결핍이 있었다. 이는 세잎양지꽃은 줄기에서 꽃을 형성하여 종자번식을 하는 타가수분방식과 분지하여 새로운 개체를 형성하는 영양번식을 영위할 수 있는 다양한 번식법을 가지고 있는 클론 식물의 특성에 기인한 것으로 사료된다. 따라서 같은 집단에서 다양한 세대의 존재하여 내교잡(inbreeding)이 발생한 것으로 볼 수 있다. The genetic diversity and population structure of Potentilla freyniana in Korea were determined using genetic variations at 19 allozyme loci. Thirteen of the 19 loci (68.4%) showed detectable polymorphism. Genetic diversity at the population level was high ($H_{EP}$ = 0.270). Total genetic diversity values ($H_T$) varied between 0.190 and 0.584, giving an average overall polymorphic loci of 0.371. The interlocus variation of genetic diversity within populations ($H_S$) was high (0.354). On a per locus basis, the proportion of total genetic variation due to differences among populations ($G_{ST}$) ranged from 0.008 for Fe-2 to 0.310 for Gpi with a mean of 0.065, indicating that about 6.5% of the total allozyme variation was among populations. Wide geographic ranges, perennial herbaceous nature and the persistence of multiple generations are associated with the high level of genetic variation in P. freyniana. The estimate of gene flow based on $G_{ST}$, was high among Korean populations of P. freyniana (Nm =3.57). Although P. freyniana usually propagated by asexually-produced ramets, I could not rule out the possibility that sexual reproduction occurred at a low rate because each ramet may produce terminal flowers.

The classification and comparison of genetic diversity of genus Malus using RAPD

허만규,Huh, Man-Kyu Korean Society of Life Science 2007 생명과학회지 Vol.17 No.6

능금속(Malus) 식물은 다년생 목본으로 국내에는 약 8종이 있다. 이 속에 있는 사과(M. pumila)는 경제적 중요작물로 그 기원은 서중국의 야생종 M. sieversii일 것으로 추정되고 있다. 우리나라에 자생하는 Malus내 모든 분류군과 중국의 M. sieversii를 RAPD로 분석하였다. 재배종이 높은 다양성을 나타낸 반면 제주아그배나무가 가장 낮은 다양성을 나타내었다. 재배종이 야생종보다 유전적 다양도가 더 높게 나타나 재배화 과정에서 여러 종과교잡이 일어나 많은 유전자가 침투된 것이라는 보고를 됫받침한다. 이 속은 M. sieversii를 포함한 사과나무, 능금나무가 같은 분자군을 형성하였고, 개아그배나무 또는 제주아그배나무(Malus micromalus), 아그배나무(Malus sieboldii), 꽃아그배나무(Malus floribunda)가 같은 분지군, 야광나무(Malus baccata), 개야광나무(Malus baccata for minor), 털야광나무(Malus baccata var. mandshurica)가 같은 분자군을 형성하였다. 한국내 재배종 사과와 능금이 국내 자생종 능금속에서 진화나 분지한 것은 아닌 것으로 판명되었고 오히려 중국 야생종이 그 기원의 하나일 가능성이 시사된다. Cenus Malus is a long-lived woody species primarily distributed throughout Asia. Many species of this genus are regarded as agriculturally and ecologically important. The phynetics and genetic diversity among eight species of genus Malus were reconstructed using the random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers. In a simple measure of intraspecies variability by the percentage of polymorphic bands, the M. micromalus exhibited the lowest variation (34.7%). The M. pumila showed the highest (50.0%). Mean number of alleles per locus (A) ranged from 1.347 to 1.500 with a mean of 1.437. The phenotypic frequency of each band was calculated and used in estimating genetic diversify (H) within species. The mean of H was 0.190 across species, varying from 0.155 to 0.220. In particular, two cultivated species, M. pumila and M. asiatica, had high expected diversity, 0.314 and 0.307, respectively. On a per locus basis, the proportion of total genetic variation due to differences among species ranged from 0.388 to 0.472 with a mean of 0.423, indicating that 42.3% of the total variation was found among species. The phylogenetic tree showed three distinct elates. One includes M. sieversii, M. pumila, and M. asiatica. Another includes three M. baccata taxa. The other includes M. sieboldii, M. floribunsa, and M. micromalus. One variety and one form of M. sieboldii were well separated each other. RAPD markers are useful in germ-plasm classification of genus Malus and evolutionary studies.