한국산 멸종위기종 죽절초(Sarcandra glabra)의 유전적 다양성 평가 및 엽록체 유전체 분석

Abstract

홀아비꽃대과(Chloranthaceae)의 죽절초(Sarcandra glabra (Thunb.) Nakai)는 상록활엽관목 식물로, 아시아의 아열대 지역에 넓게 분포하는 종이다. 한반도에서는 제주의 일부 지역에 국한되어 자라는데, 이 지역은 죽절초의 분포북한계지로서 매우 중요한 의미를 갖는다. 그러나 최근 남획, 자생지 훼손 등 인위적 간섭으로 인해 제주의 개체 수는 급감하고 있어 이들 개체군의 안정적 성장을 위한 효과적 보전전략 마련이 절실히 필요하다. 따라서 본 연구에서는 첫째, 개체군의 쇠퇴 및 성장을 가늠할 수 있는 지표 마련을 위해 제주산 죽절초의 총 개체 수를 파악하고자 하였다. 둘째, 유전적 데이터를 기초로 효과적 보전전략을 제시하기 위해, 제주 및 국외 개체군의 유전적 다양성을 평가 비교 분석하였다. 마지막으로 속씨식물 내의 죽절초의 계통학적 위치를 확인하기 위해 엽록체 유전체 지도를 완성하여, 죽절초를 포함한 총 13종의 엽록체 유전체를 비교 분석하였다. 조사 결과 제주 내에는 서귀포시 상효동 등지에 총 132개체가 자생하고 있는 것으로 확인되었다. 복원집단의 경우 여미지식물원에서 기존 자생지인 제9산록교 부근에 복원한 것으로 63개체가 확인되었고, 국립산림과학원 난대아열대산림연구소에서 기존 자생지가 아닌 상호교 부근에 복원한 것으로 28개체가 확인되었다. 유전적 다양성 분석은 본 연구에서 개발된 25개의 마이크로새틀라이트 마커를 이용하여 제주 4개 집단(자생 2, 자생지 내 복원 1, 자생지 외 복원 1)과 국외(일본) 1개 집단에 적용하였다. 분석 결과 제주 집단(HE = 0.121, I = 0.198)이 일본 집단(HE = 0.397, I = 0.713)에 비해 다양성이 매우 낮게 나타났다. 한편 제주 집단의 경우 자생지 내 복원집단(HE = 0.283, I = 0.490)이 자생집단(HE = 0.070, I = 0.110)과 자생지 외 복원집단(HE = 0.060, I = 0.083)에 비해 상대적으로 높은 유전적 다양성을 나타냈다. Structure 프로그램을 이용한 유전적 구조 분석 결과 제주 자생집단과 자생지 외 복원집단이 하나의 분기군을 형성하였고, 자생지 내 복원집단 그리고 일본 집단이 각각 서로 다른 분기군을 형성하여 총 3개의 분기군이 나타났다. 죽절초의 엽록체 유전체는 158,881 bp이고, 39.2%의 GC 함량을 가졌다. LSC 영역은 88,169 bp, SSC 영역은 18,446 bp, IR 두 영역은 각 26,133 bp으로 확인되었다. 죽절초 엽록체 상의 유전자는 총 130개로, protein coding genes 85개, transfer RNA 37개, ribosomal RNA 8개을 포함하였다. ML 분석 결과는 죽절초가 홀아비꽃대속(Chloranthus)과 함께 단계통을 형성하고 목련군(Magnoliids)과 자매군을 형성하면서 속씨식물의 진화에서 초기에 분기된 계통임을 지지하였다. 본 연구에서는 이상의 결과를 통해 제주산 죽절초 개체군 동태를 파악하기 위한 기초자료를 마련하였으며 유전적 측면을 고려하여 보전전략을 논의하였다. 제주 집단의 유전적 다양성과 구조를 종합하여 볼 때, 제주 집단의 국외 집단과의 유전적 이질성은 제주지역 환경에 맞춰 독특하게 진화한 결과라 볼 수 있다. 그러나 제주의 자생지 내 복원집단이 자생집단과 유전적 이질성을 보이는 것은 매우 의미하는 바가 크다. 북한계지역 집단의 경우 유전적 독특성이 종의 분포확장 및 종의 생존에 직결되는 유전적 원천이라 할 수 있다. 따라서 제주산 죽절초의 안정적 성장을 위해 우선 선행되어야 할 효과적 보전전략은 자생집단과 유사한 구조를 갖도록 자생지 내 복원집단의 유전적 동질화를 이루는 것이라 할 수 있다.