한국산 남세균의 신종 3분류군과 7분류군의 국내 미기록종에 대한 분류학적 연구

국문 초록 (Abstract)

국내 남세균의 보고는 국외에 비해 매우 미비한 실정이다. 한국산 남세균 신종 및 국내 미기록종을 발굴을 위해 2018년 7월부터 2019년 8월까지 전국의 담수, 기수, 해수, 기중 환경의 15개 정점에서 남세균을 채집하였다. 남세균의 동정은 형태적 형질만으로 분류하기 어려워 실내배양을 통하여 단조류 배양 후 염기서열 특성 및 분자 계통적 연구 등 다상학적 접근(polyphasic approach)으로 동정 및 분류하고자 하였다.
Wilmottia koreanus는 형태적으로 Wilmottia속의 다른 종들과 차이가 없는 cryptic species지만, 16S rRNA 유전자 염기서열을 이용한 ML tree 분석에서 Wilmottia속내의 기존에 보고된 2종과는 분리된 clade를 형성하였고, 16S-23S internal transcribed spacer (ITS) 영역의 이차구조(secondary structures)의 D1-D1', Box-B 및 V3 helixes에서 구조적 차이를 보였으며, 유전적 거리를 확인하기 위하여 3개의 Wilmottia종을 대상으로 pairwise genetic distance (p-distance)를 구한 결과 W. murrayi 와 W. koreanus의 거리는 2.85로 종간 유전자 거리는 W. murrayi와 W. stricta의 종내 유전자 거리인 0.55, 0.7보다 많은 차이를 보였다.
Nodosilinea a는 기수역과 해수에서 출현한 종으로 N. nodulosa와 생태적으로 유사하지만, 형태적 차이를 보였고, 계통수 분석에서 Nodosilinea속내의 다른 종들과 뚜렷한 clade를 보였다.
Stenomitos b는 계통수 분석 기존에 보고된 Stenomitos속내의 다른 종들과 독립된 분지를 형성하였으며, 하와이 동굴에서 보고된 S. rutilans와 폭은 일치하지만 세포 색에서 뚜렷한 차이를 나타냈다.
이와 같은 방법으로 Wilmottia murrayi, Microcystis protocystis, Aphanizomenon gracile, Cephalothrix lacustris, Geminocystis papuanica, Planktothricoides raciborskii, Sphaerospermopsis reniformis를 국내 미기록종으로 동정 하였다. 본 연구의 결과로, 다상학적 접근을 통하여 한국산 신종 후보군 3분류군과 국내 미기록속 및 미기록종 7분류군을 동정 및 분류하였다. 이 연구는 향후 국내 남세균의 분류학적 연구에 기초자료로 활용될 것으로 사료 된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cyanobacteria samples were collected between July 2018 and August 2019 at freshwater, brackish water, seawater and aerial in Korea. Unialgal culture cyanobacteria were morphological observations using light microscope (LM) and transmission electron microscope (TEM). And phylogenetic analyses of the 16S rRNA gene revealed that it was clearly separated into taxonomic groups. And in them, forms a monophyletic lineage. However, genus Microcystis is indicating they are polyphyletic. Also, statistical analysis showed that the inter-species genetic distances of in this study cyanobacteria were significantly different from the intra-species distances. Additionally, the ITS secondary structures of D1–D1', Box-B, and the V3 helices were quite different among the species. These results, three novel species candidates (Wilmottia koreanus sp. nov., Nodosilinea a sp. nov., Stenomitos b sp. nov.) and seven unrecorded species (Wilmottia murrayi, Microcystis protocystis, Aphanizomenon gracile, Cephalothrix lacustris, Geminocystis papuanica, Planktothricoides raciborskii, Sphaerospermopsis reniformis) in Korea were described.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구 배경 1
• 제 1 항 남세균(Cyanobacteria) 1
• 제 2 항 남세균의 형태적 동정 한계 2
• 제 3 항 국내외 연구현황 3
• 제 2 절 연구 목적 5
• 제 2 장 실험 재료 및 방법 6
• 제 1 절 채집지 및 채집 방법 6
• 제 2 절 순수분리 및 실내배양 8
• 제 3 절 형태학적 동정 11
• 제 1 항 광학현미경(Light microscope) 11
• 제 2 항 투과 전자현미경(Transmission electron microscope) 12
• 제 4 절 유전자 염기서열 및 분자 계통학적 분석 13
• 제 1 항 DNA 추출 13
• 제 2 항 효소중합연쇄반응(PCR) 및 DNA 염기서열 13
• 제 3 항 염기서열 유사도, 유전거리, 계통분석 14
• 제 3 장 연구 결과 및 고찰 16
• 제 1 절 신종 후보군 16
• 제 1 항 Wilmottia koreanus sp. nov. 17
• 제 2 항 Nodosilinea a sp. nov. 28
• 제 3 항 Stenomitos b sp. nov. 34
• 제 2 절 국내 미기록속 및 미기록종 40
• 제 1 항 Wilmottia murrayi 41
• 제 2 항 Microcystis protocystis 49
• 제 3 항 Aphanizomenon gracile 55
• 제 4 항 Cephalothrix lacustris 61
• 제 5 항 Geminocystis papuanica 67
• 제 6 항 Planktothricoides raciborskii 74
• 제 7 항 Sphaerospermopsis reniformis 81
• 제 4 장 결론 88
• 참고문헌 92
• Appendix 1. List of species, genes and their GenBank accession numbers used in this study (Bold represents data obtained in this study) 103
• Abstract 109