본문 바로가기
HOME> 논문 > 논문 검색상세

학위논문 상세정보

Population genetics of several orchid and tree species in korea:implications for conservation and ecologyax 원문보기

  • 저자

    정미윤

  • 학위수여기관

    경상대학교

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    생명과학부

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    xii,142장

  • 키워드

    자생난초 수목집단 유전학연구;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10062182&outLink=K  

  • 초록

    식물에 있어서 교배계가 집단의 유전적 다양성의 수준과 분배 및 유전적 구조 형성에 두드러진 영향을 미치고 있다는 사실을 이론적, 실험적 연구 결과에서 보여주고 있다. 그러나 동북아시아에 분포하는 육상 난초류의 교배계와 수분생물학에 대한 연구내용은 거의 알려져 있지 않다. 한국의 외나로도에 자생하는 약난초와 춘란 집단에서 이들 식물의 교배계를 조사하였다. 약난초와 춘란 식물종은 자연조건에서 열매가 거의 맺히지 않았다 (약난초 1.3 - 2.0%, 춘란 0.4 - 0.6%). 하지만 교배실험을 통하여 열매 결실율 (fruit set)이 크게 증대되었는데: 인위적 자가수분 (artificial self-pollination)과 인화적 수분 (geitonogamous pollination)실험 각각에 대하여 약난초 95.7%, 96.6% 와 춘란은 95.5%, 95.6%의 열매가 맺혔는데 이는 두 종이 자가화합성 (self-compatability)이 높다는 것을 의미한다. 자연조건에서 약난초와 춘란 두 종의 열매 결실율 (fruit set)이 극도로 낮은 것은 수분매개체가 제한되기 때문일것이다. 난초류의 씨는 꽃식물 중에서 가장 작은 것이 특이하다. 실제로 생태학적 측면에서 난초류의 씨 산포에 관하여 많이 알지 못하고 있다. 난초류의 씨는 먼지 (씨의 길이 0.05 ∼ 1.0㎜, 씨의 무게 0.31 ∼ 24㎍) 모양 (dust-like)으로 바람에 의해 비산하므로 먼 거리로 산파 (보편적 인식)될수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문에 난초 집단내 공간적유전적구조 (spatial genetic structure)는 거의 무작위로 분포할 거라는 예측을 할 수 있다. 반면에 수학적 모델에서는 집단내 미세공간적유전적구조가 유의성을 가지는 예측을 뒷받침하기 위해서는 난초류의 대부분 씨가 모체식물 가까이 (6m 이내)에 떨어져야만 한다는 것을 나타내 보여주고 있다. 위의 두가지 예측 중에서 어느것이 보다 더 적합한지 결정하기 위해서 한국 자생 육상 난초인 은대난초의 두 곳 성체식물 (adult)을 대상으로 Wright의 F-통계와 공간적자가상관계수분석 (spatial autocorrelation analysis)을 집단내의 유전적구조 분석에 이용하였다. 은대난초 집단이 자가화합성과 혼합교배계 (mixed mating system)를 가지는 다른 식물종들과 비교할 만한 결과는 공간적으로 유전적 구조가 형성된 집단에서 자가수분 혹은 유전적으로 매우 가까운 개체들간에 실질적으로 근친교배가 일어났을 때와 일치되는 낮은 수준의 유전적 다양성 (평균 He = 0.036)과 동형접합자 (homozygote) 수가 초과 (평균 F_(IS) = 0.330) 되는 것이 유의성을 가진다는 것이다. 공간적자가상관계수분석 (SA)에서 10m 거리 이내에 위치한 개체들간의 유전적으로 가까운 것이 통계학적 유의성을 가지며, 3m 거리 이내에 위치한 개체들간의 관련성(relatedness)은 반형매들 (halfsibs)과 제일사촌들 (first cousins)에게서 기대되는 관련성과 비교될 만한 결과를 나타내었다. 은대난초 집단내에서 이렇게 유전적구조가 형성되는 것은 대부분의 씨가 10m 거리 이내로 산파된다는 예측을 뒷받침하고, 이것은 실질적으로 집단내에서 씨의 섞힘 현상 (seed shadow overlapping)을 일으키게 된다. 유효집단크기 (effective population size, Ne)는 대립인자 빈도를 변화시켜 근친교배를 증가시키고, 유전적 다양성을 감소시키는 유전적 부동 (random genetic drift, RGD)의 정도와 관련되어 있다. 그러나, 유성과 무성생식으로 번식하는 식물종에서 Ne에 대하여 클론구조가 미치는 영향에 관한 실험적인 데이터는 거의 없다. 알로자임 (allozyme)을 유전적 표식자로 이용하여, 한국의 남해안에 위치한 외나로도에 자생하는 육상난초인 약난초를 대상으로 인간 간섭을 받지 않은 18-ha의 넓은 면적에서 6곳 집단의 분주체 (ramets)와 유전체(genets)의 SA를 통하여 클론 폭(넓이)의 통계학적 유의성과 공간적 범위를 정량화한다. 그리고나서, 세가지 개체군통계학적 산출값, 즉 집단내의 분주체수(Ne_((r))), 유전체 수 (Ne_((g))), 유전체 수와 유전체당 분주체 수의 변이에 관한 정보를 포함한 산출값 (Ne_((c)))을 구하는데 이러한 정보를 이용한다. 클론구조를 고려하면 결과적으로 집단내에서 생태학적으로 명백한 개체수에 비해 Ne값이 2-6배 감소된다. 실지로 입목의 유전적 변이 수준은 구해진 Ne 에서 기대되는 값보다 높은 것이 사실인데, 이것은 현재 집단보다 과거 집단에서 Ne값이 더 큰 것에 대한 역사적인 요인들을 고려하도록 한다. 약난초와 마찬가지로 많은 육상난초류는 집단의 크기가 비교적 작고 공간적으로 격리되어 분포하기 때문에 보존에 대한 특별한 관심의 대상이 되어오고 있다. 우리 연구결과는 이들 종의 장기적인 보전을 위해서는 클론구조의 잠재력에 대한 확실한 이해와 개체들이 유전적 부동을 받으면 유전적 다양성과 적합도 (fitness)가 감소되므로 집단에 미치는 영향에 대한 암시에 근간을 두어야 한다는 것을 보여주고 있다. SA 결과는 약난초 집단내의 미세공간적유전적구조가 통계학적으로 유의성이 있다는 것을 나타내 보인다. SA에서 클론의 분주체를 포함했을 때, 가장 짧은 거리 간격인 5m 지점에서 가장 높은 평균 f_(ij) (0.121) 값을 가지고 0-15m 구간에서 개체들간에 유전적으로 가까운 f_(ij) 값이 통계학적으로 유의성이 있었다. 클론의 분주체를 SA에서 제외시켰을 때 평균 f_(ij) 값이 0-15m 구간에서 유의성이 유지되었는데, 단지 5m 지점에서 f_(ij) 값이 0.084로 감소되었다. 이러한 결과들이 모여져서 약난초 집단내에는 서로 관련된 유전체 (family structure, 가계구조) 뿐만 아니라 유전적으로 가까운 클론이 공간적으로 모여 (클론구조)있음을 가리킨다. 요약하면, 은대난초와 약난초의 미세공간적유전적구조는 Caladenia tentaculata (Peakall and Beattie, 1996)와 춘란 (Chung et al., 1998)의 구조와 일치한다. 그럼에도불구하고, 이들 종에 대한 연구가 한정되어 있기 때문에 이들의 결과를 일반화시키기가 어렵다. 난초류의 먼지 모양의 씨가 가까운 거리로 산파되면 집단내의 미세공간적유전적구조 형성이 통계학적으로 유의성을 가진다는 예측을 검정하기 위해서는 보다 더 많은 연구가 필요하다. 생달나무 (녹나무과)는 곤충에 의해서 수분되고 새에 의해서 씨가 산파되는 광엽상록수종이다. 한국의 남쪽에 최근에 형성된 연구집단 (60×100-m 면적)에서 4단계로 나이 등급 (four age-classes)을 나누어 유전적구조의 변화를 조사하기 위해서 알로자임을 표식자로 구해진 유전좌위 (allozyme loci), Wright의 고정지수 (fixation index), 공간적자가상관관계 통계법 (Moran's I) 과 coancestry (f_(ij)) 값을 이용했다. 기대되는 이형접합성 (He)값이 나이 등급 간의 차이가 통계학적 유의성이 없었다. 그러나 나이 등급 간의 유전적 분기 (분화)값은 통계학적 유의성이 (P


    Little is known about the breeding systems and pollination biology of terrestrial orchids in northeastern Asia. We investigated the breeding system of Cremastra appendiculata and Cymbidium goeringii in populations (26 individuals, 120×120m for Cremastra appendiculata 87 individuals, 200×500m for Cymbidium goeringii) on Oenaro Island, South Korea. The two orchid species showed little fruit set in natural conditions (1.3-2.0% for Cremastra appendiculata and 0.4-0.6% for Cymbidium goeringii). However, a great increase in fruit set was achieved by hand-pollinations: artificial self-pollination and geitonogamous pollination, with fruit set of 95.7% and 96.6% for Cremastra appendiculata, respectively, and 95.5% and 95.6% for Cymbidium goeringii, respectively, indicating that the two species are highly self-compatible. Fruit set for pollinator-excluded flowers of Cremastra appendiculata and Cymbidium goeringiiwas 0 %, indicating that the two species were neither autogamous nor agamospermous. The extremely low fruit set observed in the two species under natural conditions may be attributable to pollinator limitation. Orchid seeds are unusual for being the smallest among flowering plants. These dust-like seeds are wind-borne and, thus, would seem to have the potential for long-distance dispersal (a common perception) this perception has led to a prediction of near-random spatial genetic structure within orchid populations. Mathematical models (e.g., simple ballistic model) for wind-dispersed seeds and wind-tunnel experiments, in contrast, indicate that most seeds of orchids should fall close to the maternal plant (


 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역