가. 등줄쥐 유전자원 확보 현황
백두대간이 포함된 총 8개 국립공원에 서식하는 등줄쥐 총 138개체의 유전자원을 확보함. 그 중 125개체의 유전자원은 미토콘드리아 DNA Cyt-b 분석에, 122개체의 유전자원은 마이크로새틀라이트 분석에 활용함[그림 Ⅲ-3-1]
국립공원 NT NMT NMS
설악산 6(4) 2 3
오대산 19(6) 17 13
태백산 16 16 16
소백산 17 17 17
월악산 6 6 6
속리산 39(8) 35 35
덕유산 2 2 2
지리산 33(7) 30 30
합계 138(25) 125 122 [그림 Ⅲ-3-1] 연구대상지역 지도와 확보 시료 수 및 분석에 이용한 시료 수(NT: 전체 확보 시료 수;
NMT: 미토콘드리아 Cyt-b 유전자 분석 시료 수; NMS: 핵형 마이크로새틀라이트 9개 유전자 분석 시료 수)
나. 국내·외 등줄쥐 진화 계통수(phylogeny) 분석
1) 아시아 전체와 유럽 지역을 포함한 미토콘드리아 DNA Cyt-b 유전자 계통유연관계
유라시아에 분포하는 등줄쥐의 계통유연관계 파악을 위해 NCBI에 기 등록된 국내·외 등줄쥐 416개체의 염기서열과 본 연구에서 확인된 염기서열 78개를 함께 비교·분석하기 위해 염기서열을 정렬한 결과, 총 242개의 단상형(802 bp)이 확인됨 확인된 242개 단상형을 대상으로 진화 계통수 분석결과, 한국(내륙)을 포함한 아시아 전체 지역과 유럽지역의 등줄쥐는 단계통군(monophyly)을 나타냈고, 한국 제주 등줄쥐는 내륙과 다른 분기군(clade)을 나타냈으며, 태국 등줄쥐는 아시아 및 유럽 지역들과 다른 분기군을 나타내며 가장 오래된 조상계통(the most ancestral lineage)인 것으로 확인됨[그림 Ⅲ-3-2]
단상형을 전혀 공유하지 않는 우리나라 내 서로 다른 두 분기군(내륙, 제주)은 두 분기 개체군간 유전자 확산이 전혀 이루어지지 않고 있음을 의미함(Koh
et al.
, 2000) 남쪽 지역에 위치한 태국 등줄쥐가 조상계통으로 나타난 이유를 추정한 결과, 제4기 빙하시대(the Quaternary ice ages) 마지막 최대 빙하기(last glacial maximum; LGM) 기간에 한반도는 상대적으로 빙하의 영향을 덜 받아 등줄쥐의 피난처(refuge)로서 역할을 하였으며, 빙하기 후 점차 분포가 유라시아 전역으로 확장하며 최근에 개체수가 증가하였기 때문으로 추정됨(Hewitt, 2000)2) 국내 백두대간 내·외 미코톤드리아 DNA Cyt-b 유전자 계통유연관계
NCBI에 기 등록된 국내 등줄쥐 171개체 염기서열과 본 연구에서 확인된 125개체 염기서열을 함께 정렬한 결과, 총 160개 단상형이 확인됨
확인된 160개 단상형을 대상으로 진화 계통수 분석을 한 결과, 한국 내륙의 등줄쥐와 제주도 등줄쥐 집단과 서로 다른 분기군을 나타냄[그림 Ⅲ-3-2]
확인된 143개 단상형을 백두대간 내, 백두대간 외 및 제주 3개의 그룹으로 분리해 네트워크 분석을 한 결과, 제주 지역은 백두대간 내·외 집단과 서로 다른 분기군을 형성하는 것으로 나타남[그림 Ⅲ-3-3]
[그림 Ⅲ-3-3] 국내 등줄쥐 대상 진화 계통수 및 네트워크 분석(N: 개체수, NH: 단상형 개수)
다. 백두대간 국립공원 등줄쥐 유전자 분포지도 및 단상형 네트워크 1) 미토콘드리아 DNA Cyt-b 유전자 분포 지도
백두대간이 포함된 8개 국립공원에 서식하는 등줄쥐 집단을 대상으로 미토콘드리아 DNA Cyt-b 유전자를 이용하여 염기서열을 분석한 결과, 125개체로부터 총 78개의 단상형(H01-78)이 관찰됨[그림 Ⅲ-3-4]
78개의 단상형으로 네트워크를 분석한 결과, 단상형 H01은 8개의 백두대간 국립공원 중 설악산과 덕유산을 제외하고 6개 국립공원에서 총 21개체(16.8%)가 공유하며 가장 많이 공유하는 공통 단상형(the most common haplotype)으로 확인됨[그림 Ⅲ-3-4]
단상형 수가 적은 설악산(2개), 월악산(4개), 덕유산(2개)을 제외하고 6개 백두대간 국립공원은 평균 16.2개의 단상형을 보유하고 있으며, 평균 13.6개의 고유단상형을 지니고 있음
각 국립공원은 다수의 고유단상형을 보유하며 특히 속리산, 지리산국립공원의 유전적 다양성이 상대적으로 높게 관찰되었고, 월악산국립공원을 기준으로 서식지의 남쪽으로 갈수록 다양성이 높아지는 경향을 나타냄
전년도 연구 대상 종인 소형포유류 관박쥐와 상이하게 본 연구 대상 종 등줄쥐는 125개체 중 78개의 단상형이 확인되어 비교적 많은 단상형이 있었음. 이러한 높은 수준의 유전적 다양성 결과는 백두대간 국립공원 등줄쥐의 유효집단크기(effective population size; Ne)가 크다는 것을 의미하며(Boulding, 2008), 이 가설은 마이크로새틀라이트 유효집단크기 결과에 의해서 지지됨(Ne: 572~infinity)
이러한 높은 수준의 유전적 다양성 결과는 등줄쥐가 보통 연 4회 정도 번식하며, 한 번에 4~8마리의 새끼를 낳는 높은 번식력을 갖는 것 또한 하나의 이유가 될 수 있을 것으로 추측됨(Yoon
et al.
, 1997)2) 미토콘드리아 DNA Cyt-b 유전자 단상형 네트워크
백두대간 국립공원 등줄쥐는 높은 수준의 단상형 다양성과 단상형 간 낮은 염기서열 다양성을 나타냄[그림 Ⅲ-3-5]. 이러한 패턴은 다른
Apodemus
속의 종들과 유사한 결과로서 이는 제 4기 빙하기(the Quaternary ice ages) 기간 동안 피난처 서식지로 이주를 통한 집단병목현상을 겪은 이후 짧은 기간 급격하게 개체수가 증가하며 분포확장에 따른 지리적 격리의 진화적 결과로 판단됨(Kim and Park, 2015)단상형 H01을 중심으로 “방사형(star-like)” 형태의 네트워크 구조가 나타나 H01 단상형이 가장 오래된 조상 계통일 가능성이 높고 과거 집단병목현상을 겪은 이후 급격히 개체수가 증가하여 비교적 최근에 짧은 시간 동안 급격히 서로 다른 계통으로 분화되었음을 의미함(Slatkin and Hudson, 1991)
가능한 진화적 가설로는 제4기 빙하기 대략 2-3만년 전 마지막 최대 빙하기(last glacial maximum; LGM)의 영향으로 한반도의 피난처로 알려진 백두대간에 등줄쥐 집단이 빙하기 동안 병목현상을 겪고 빙하의 퇴각 이후 개체수가 짧은 기간 동안 급격하게 증가하였을 것으로 추측됨. 또한, 몇몇 단상형 간(예; H15, H21, H26)의 유전적 거리를 고려하면, 빙하기 이후 분포확장에 따른 지리적/역사적 격리(geographic / historical isolation)가 유전적 분화를 발생시켰을 가능성을 암시함
[그림 Ⅲ-3-4] 8개 백두대간 국립공원 집단 간 단상형 분포 지도
라. 백두대간 국립공원 등줄쥐 유전적 다양성 1) 미토콘드리아 DNA Cyt-b 유전적 다양성
8개 백두대간 국립공원 전체 등줄쥐 집단의 단상형 다양성(H)과 뉴클레오티드 다양성(π)은 각각 0.967, 0.006 값이 나타났고, 각 국립공원별 단상형 다양성(H) 값의 범위는 0.800(월악산)~1.000(설악산과 덕유산)로 나타났으며, 뉴클레오타이드 다양성(π)은 덕유산국립공원 집단이 0.010으로 가장 높은 수치를 나타냄[표 Ⅲ-3-1].
이 결과는 58개체 대상으로 분석된 동일 유전자 연구결과와 아주 유사한 수치임 (H=0.967; π=0.007; Kim and Park, 2015)
채집된 개체수가 상대적으로 적은(N≤5) 설악산, 덕유산국립공원을 제외한 나머지 6개 국립공원의 단상형 풍부도(HR) 값 범위는 3.000(월악산)~4.750(태백산)으로 나타나 태백산국립공원 집단의 미토콘드리아 DNA Cyt-b 유전적 다양성이 가장 높은 것으로 관찰됨
고유단상형 수는 속리산, 지리산, 태백산 순으로 높게 나타났으며, 단상형 풍부도는 태백산, 속리산, 지리산국립공원 순으로 높게 나타나 상대적으로 개체수가 많은 지역에서 유전적 다양성이 높게 확인됨
보다 정확한 국립공원 등줄쥐의 유전적 다양성 평가를 위해서는 유전자 분석 시료 수가 적은 설악산, 덕유산 및 월악산국립공원으로부터 추가 샘플 확보를 통한 분석이 필요함
2) 핵 내 마이크로새틀라이트 유전적 다양성
8개 국립공원 집단을 대상으로 9개의 마이크로새틀라이트 유전자를 이용해 유전적 다양성을 분석한 결과, 유전적 다양성의 지표로 이용되는 마커별 평균 대립유전자 수(NA)는 3.0(월악산)~12.9(속리산) 범위로 나타났으며(전체 8.3), 채집된 개체 수가 상대적으로 적은(N≤5) 설악산, 덕유산을 제외한 나머지 6개 국립공원 대상 대립유전자 풍부도(AR)는 3.0(월악산)~3.4(태백산, 소백산, 속리산)로 나타나 6개 국립공원 집단 간 유전적 다양성 수준은 유사한 것으로 확인됨[표 Ⅲ-3-1]
본 연구에서 관찰된 마이크로새틀라이트 다양성 수준은 이전 연구에서 총 160개체 대상 5개 마이크로새틀라이트 분석결과와 유사한 결과임(NA= 8.7; Jo
et al.,
2017) 고유 대립유전자 수(PA)는 최소 0개(설악산)에서 최대 10개(속리산, 지리산)가 관찰됨.전체 국립공원 집단을 대상으로 한 예측 이형접합도(HE)는 0.866, 관측 이형접합도(HO)는 0.707을 나타냄
근친교배계수(FIS)는 0에 가까울수록 대상 집단 내 개체 간 무작위 교배가 발생하고 있음을 의미하며, 1에 가까울수록 근친교배가 발생하고 있음을 의미하기 때문에 채집된 개체 수가 적은 지역을 제외한 6개 국립공원의 근친교배 계수 값의 범위는 0.095(오대산) ~ 0.251(소백산)으로 집단 내 근친교배가 이루어지고 있을 가능성을 나타냄. 또한 6개 국립공원 집단 모두 HO수치가 HE에 비해 작은 것 또한 근친교배 가능성을 지지하는 근거가 될 수 있음(Freeland
et al.
, 2011). 이전 연구에서도 FIS= 0.023~0.280로 나타나 non-random mating 가설 가능성이 높음(Joet al.
, 2017). 많은 종들이 근친교배의 악영향을 극복하기 위해 근친교배 빈도를 감소시킬 수 있는 행동으로 진화했지만(Blouin and Michael, 1988), 설치류의 경우 일반적으로 행동권이 넓으나 유소성(philopatry)이 강해 자신의 서식지 범위를 크게 벗어나지 않아 친척 간 근친교배가 빈번하게 발생할 수 있음(Dewsbury, 1988)채집된 개체수가 적은 집단을 제외하고 6개 국립공원 집단을 대상으로 최근 집단병목 현상을 겪었는지에 대한 통계분석을 실시한 결과, 7개 국립공원에서 최근 집단병목 현상을 겪지 않았을 것으로 나타남[표 Ⅲ-3-2]
이는 미토콘드리아 단상형 네트워크 결과의 진화적 예측과는 상반된 결과이지만, 높은 유전적 다양성과 큰 유효집단크기 수치로 설명될 수 있음