환경유전자(eDNA)를 활용한 국내 바다거북 2종의 해양 모니터링 방안 구축 = Establishing a Marine Monitoring Framework for Two Sea Turtle Species in the Republic of Korea Using Environmental DNA (eDNA)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Sea turtles are globally endangered and protected marine species, and five species—including Caretta caretta and Chelonia mydas are known to occur in Korean waters. However, their low population densities and extensive migratory movements make it difficult to obtain the ecological information necessary for effective conservation planning. This study aimed to establish an improved marine monitoring framework for two sea turtle species by incorporating environmental DNA (eDNA) techniques as a supplement to conventional monitoring methods. For Caretta caretta, a previously developed species-specific marker that had undergone partial field validation was used. For Chelonia mydas, however, the existing marker produced a short qPCR amplicon (46bp), which limited the ability to confirm species identity through sequencing. To address this issue, I newly designed and validated a species-specific eDNA marker for C. mydas (Chmy11F/Chmy11NR) that generates a longer 78-bp amplicon. Using both markers, I compared eDNA detection rates in the eDNA samples, collected from the intertidal zone and the subtidal zone (0 m and 10 m depths). The newly developed C. mydas marker demonstrated high specificity, enabling reliable species identification and the elimination of false positives through sequencing of qPCR amplicons. Around islands near Seogwipo, Jeju, sea turtle eDNA was predominantly detected in June (early summer) and October (late autumn), and detection rates were significantly higher in the subtidal zone than in the intertidal zone. This study confirms the technical reliability and efficiency of sea turtle eDNA analysis by developing and field-testing markers for two sea turtle species.

국문 초록 (Abstract)

바다거북은 전 세계적으로 멸종위기에 처한 해양보호생물이며, 한국 해역에는푸른바다거북과 붉은바다거북을 포함한 총 5종이 출현한다. 바다거북들의 낮은 개체밀도와 광범위한 이동 경로는 보전 전략 수립에 필요한 정확한 생태 정보를 확보하는데어려움을 초래한다. 본 연구는 환경유전자(environmental DNA: eDNA)　기법을활용하여 전통적인 모니터링 체계를 보완하여, 효율성 높은 바다거북 2 종의 해양 모니터링 방안을 구축하고자 하였다. 본 연구에서 붉은바다거북의 마커는 기 개발되어일부현장검증까지 완료된 것을 사용하였다. 푸른바다거북 마커의 경우, 기 개발된 마커의qPCR 증폭 산물의 길이가 46 bp로 짧아 염기서열 분석을 통한 종 확인에 어려움이있어, 증폭 산물의 길이가 78 bp인 푸른바다거북 특이적 eDNA 마커(Chmy11F/Chmy11NR)를 새롭게 개발하고 검증하였다. 이후, 두 종류의 마커를 이용하여 조간대와 조하대(수심 0 m 및 10 m)의 eDNA 검출률을 비교하였다. 연구 결과, 신규 푸른바다거북 마커는 높은 종 특이성을 보여 qPCR 검출 후, 염기서열 분석으로종확인과 위양성 배제가 가능하였다. 제주 서귀포시 인근 섬 주변에서 바다거북 2종의eDNA는 6월(초여름)과 10월(늦가을)에 주로 검출되었으며, 조하대의 검출률이 조간대보다 유의하게 높았다. 본 연구는 바다거북 2종 대상 마커의 개발과 야외 실증을 통해,
바다거북 eDNA 분석의 기술적 신뢰성과 효율성을 확보하였다는 데 의의가 있다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1. 바다거북 연구 현황 1
• 2. 환경유전자를 이용한 바다거북 연구 3
• 3. 연구 목적 4
• II. 연구재료 및 방법 6
• 1. 푸른바다거북 특이적 환경유전자 마커 개발 및 검증 6
• 1) 유전정보 DB 구축 6
• 2) 마커 개발 6
• 3) 개발된 마커의 특이성 검증 7
• (1) 프로그램 특이성 검증 7
• (2) 조직 DNA를 이용한 특이성 검증 7
• (3) 민감도 측정 및 실내 수조 eDNA 검증 8
• 2. 붉은바다거북 특이적 환경유전자 마커 활용 10
• 3. 방류행사(Release event)를 이용한 야외 검증 11
• 1) 해수 샘플 11
• 2) 토양 샘플 11
• 4. 효율적인 eDNA 모니터링 방안 개발 14
• 1) 조간대와 조하대의 비교 14
• 2) 수심에 따른 비교 16
• 3) 계절에 따른 비교 16
• 5. eDNA 샘플 분석 방법 17
• 1) eDNA 추출 17
• 2) qPCR 분석 18
• 3) 검출 결과의 확정 18
• III. 결과 20
• 1. 푸른바다거북 특이적 환경유전자 마커 개발 및 검증 20
• 1) 마커 개발 20
• 2) 개발된 마커의 특이성 검증 20
• 1) 프로그램 특이성 검증 20
• 2) 실험 조건 탐색 21
• 3) 조직 DNA를 이용한 특이성 검증 24
• 4) 민감도 측정 및 실내 수조 eDNA 검증 27
• 2. 방류행사(Release event)를 이용한 야외 검증 29
• 1) 해수 샘플 29
• 2) 토양 샘플 31
• 3. 효율적 eDNA 모니터링 방안 개발 33
• 1) 조간대와 조하대의 효율성 비교 33
• (1) 푸른바다거북 eDNA 검출 빈도 33
• (2) 붉은바다거북 eDNA 검출 빈도 36
• 2) 수심별 eDNA 검출 효율성 비교 39
• (1) 푸른바다거북 eDNA 검출 빈도 39
• (2) 붉은바다거북 eDNA 검출 빈도 39
• 3) 계절별 eDNA 검출 효율성 비교 41
• (1) 푸른바다거북 eDNA 검출 빈도 41
• (2) 붉은바다거북 eDNA 검출 빈도 41
• 4) eDNA 샘플링 지점별 검출 빈도 비교 43
• (1) 푸른바다거북 지점별 eDNA 검출 빈도 43
• (2) 붉은바다거북 지점별 eDNA 검출 빈도 43
• IV. 고찰 45
• 1. 푸른바다거북 특이적 환경유전자 마커 개발 및 검증 45
• 1) 마커 설계 전략의 차별성과 신뢰성 확보 45
• 2) 프로그램 및 조직 특이성 검증 46
• 3) 민감도 측정 및실내 수조 eDNA 검증 47
• 2. 방류행사(Release event)를 이용한 야외 검증 48
• 1) 해수 샘플 48
• 2) 토양 샘플 49
• 3. 효율적 eDNA 모니터링 방안 개발 50
• 1) 조간대와 조하대의 비교 50
• 2) 수심별 eDNA 검출 비교 51
• 3) 계절별 eDNA 검출 비교 51
• 4) eDNA 샘플링 지점별 검출 빈도 52
• V. 결론 54
• VI. 참고문헌 55
• VII. 부록 63
• Abstract 85