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.

RAPD마커를 이용한 가시오갈피의 기원판별 및 유전적 다양성

허만규,최영현,최병태,김경철,Huh Man Kyu,Choi Yung Hyun,Choi Byung Tae,Kim Gyeong Cheol 대한동의생리학회 2005 동의생리병리학회지 Vol.19 No.3

Acanthopanx senticosus (Araliaceae) is a long-lived woody species primarily distributed throughout East Asia. This species is regarded as medically and ecologically important woody plants in Korea. To identify the variation of the RAPD patterns between domestic and foreign A. senticosus species, 22 random primers were applied to Korean A. senticosus and A. senticosus for. inermis, Chinese and Russian A. senticosus. Six primers of them could be used to discriminate the origins and 58 polymorphisms among 92 scored DNA fragments. Six bands are specific for Korean A. senticosus and A. senticosus for. inermis. Especially, three primers, OPD04, OPD11 and OPE10, were useful to differentiate between domestic and foreign Acanthopanax species. RAPD analysis was a useful method to discriminate among A. senticosus populations or accessions and Korean accessions are distinct genetically.

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.

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).

Comparison of Reproduction Systems of Genus Potentilla, Potentilla discolor in Korea and P. conferta in Mongol

허만규,Huh, Man-Kyu Korean Society of Life Science 2007 생명과학회지 Vol.17 No.9

한국의 솜양지꽃(Potentilla discolor) 9개 집단과 몽골의 양지꽃속 식물 종 P. conferta 두 집단을 이용하여 두 종의 생식계를 비교하였다. 분포지에서 19개 형태 형질을 조사하여 정량분석에 사용하였다. 형태 형질에서 두 종간 많은 형질에 대해 유의한 차이를 나타내었다. 주성분분석에서 마디간 길이와 뿌리의 길이와 개수 등에서 특히 유의한 차이를 나타내어 이들 두 종을 분류하는데 유의한 성분으로 판단된다. P. conferta에서 라메트의 수는 거리의 증가에 따라 현저하게 감소하나 P. discolor는 정규분포 모양의 곡선을 나타내어 $60{\sim}80$ cm에서 가장 많았다. 빛에 대한 감수성은 P. discolor가 P. conferta보다 내성을 가지나 가뭄에 대해서는 P. conferta가 P. discolor보다 더 높은 내성을 나타내었다 . 이는 사막에 근접한 건조한 지역에 적응한 형태로 판단되며 온대 지방인 우리나라에 분포하는 솜양지꽃에 비해 단위면적당 밀도가 높아 이웃간 거리가 짧아 짧은 라메트를 많이 가지며 라메트 수가 많아 영양번식이 더 많이 이루어지고 있음을 나타낸다. I investigated the reproduction system of nine natural populations of P. discolor in Korea and two Mongolian P. conferta populations. The measurements of 19 quantitative or qualitative morphological characters were taken on each of total individuals directly from their natural habitats. Multivariate principal component analyses (PCA) were conducted to detect differences among populations consid-ering several characters simultaneously of variances using the statistical analysis system. 19 morpho-logical characteristics between Korean Potentilla species and Mongolian Potentilla species showed a slight heterogeneity of variance. The length of internodes (LFL and LSI) and characteristics of root (LLR and NOR) were shown a significant difference between two species (P<0.05). The number of ra-mets in P. conferta decreased with increasing geographic distance from viviparity. However, P. discolor has most ramets at distance intervals $60{\sim}80$ cm. In light conditions, P. discolor was significantly less resilience than P. conferta. In drought conditions, although there was not shown significant difference, P. conferta was less resilience than P. discolor. The core analysis indicates that P. conferta is the more resistant species than P. discolor and usually propagates by clonal growth during several strong envi-ronmental disadvantages such as drought events.

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.

배양육이란 무엇인가?

허만규,Huh, Man Kyu 한국생명과학회 2021 생명과학회지 Vol.31 No.6

2050년에는 증가하는 인구의 수요를 충족시키기 위해 70%의 식량이 더 필요할 것이다. 해결책 중에서는 배양육이나 청정육이 소비자를 위한 지속 가능한 대안으로 제시되고 있다. 과학자들은 줄기세포와 조직 공학 분야에서 축적된 지식과 도구를 세포 기반 고기의 개발에 활용하기 시작했다. 배양육은 몇 개의 세포로 가축 근육의 복잡한 구조를 재현하는 것이다. 세포는 배양 배지에서 배양된 후에 분열되기 시작할 것이며, 이것은 영양소와 호르몬 그리고 성장 요인을 제공한 것이다. 배양육은 도살되지 않는 것을 목표로 하기 때문에 이러한 종류의 배양에 대한 첫 번째 문제는 혈청이다. 그래서 죽은 송아지의 피로 만든 매개체를 사용하는 것은 모순이다. 그 혈청은 고가인데 배양육 생산 비용의 상당 부분을 차지한다. 배양육의 안전과 관련된 긍정적인 측면은 밀폐된 공간에서 사육되고, 비인도적 도살되는 동물로부터 생산되지 않아 발병 위험이 없어지고 예방접종, 윤리적 이슈가 필요없다는 점이다. 배양육의 생산은 환경 친화적인 것으로 제시되는데, 이는 기존의 육류 생산에 비해 온실가스를 덜 생산하고 물을 덜 소비하며 땅을 덜 사용하게 되어 있기 때문이다. 이 진전이 기존의 육류 및 육류 대체물과 비교하여 인공 육류가 경쟁력을 갖기에 충분한지 지켜볼 일이다. By 2050, 70% more food will be needed to fulfill the demands of a growing population. Among the solutions, cultured meat or clean meat is presented as a sustainable alternative for consumers. Scientists have begun to leverage knowledge and tools accumulated in the fields of stem cell and tissue engineering in efforts aimed at the development of cell-based meat. Cultured meat has to recreate the complex structure of livestock muscles with a few cells. Cells start to divide after they are cultured in a culture medium, which provides nutrients, hormones, and growth factors. An initial problem with this type of culture is the serum used, as in vitro meat aims to be slaughter free. Thus, it is contradictory to use a medium made from the blood of dead calves. The serum is expensive and affects to a large extent the production cost of the meat. A positive aspect related to the safety of cultured meat is that it is not produced from animals raised in confined spaces and slaughtered in inhumane conditions. Thus, the risk of an outbreak is eliminated, and there is no need for vaccinations and animal welfare issues. The production of cultured meat is presented as environmentally friendly, as it is supposed to produce less greenhouse gas, consume less water, and use less land in comparison to conventional meat production.

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.