어란 DNA 메타바코딩 기반 어류 산란장 지도

연구의 배경

해양수산생물자원은 인류의 현재와 미래의 식량자원, 전 세계 수산물 소비 연평균 3.1% 꾸준히 증가

어류가 번식을 위해 방출한 대량의 부유성 알은 채집이 쉽지만 형태형질을 이용한 종동정의 어려움으로 연구 활용도가 매우 낮음

DNA기반 아기생물 종분류를 위한 사료 채취, DNA 분석 및 표준 DNA 정보와 대조 필요 그러나 대조-판별을 위한 아기생물 표준 DNA 정보사전(Library)이 미완

대량의 혼합어란 종 분석에 적용 가능한 DNA 메타바코딩 방법 도입 필요

생물종을 구분할 수 있는 바코드 영역의 DNA 염기서열을 대량으로 확보한 후 빅데이터 처리 기술을 활용해 생물의 종 다양성을 밝히는 방법

단일 생물의 유전자염기서열 정보를 개별적으로 분석하는 DNA바코드 분석과 달리 혼합 또는 환경시료에 존재하는 많은 생물의 유전자염기서열 정보를 동시에 식별하는 기법

혼합어란 DNA 메타바코딩 시료 확보 현황

혼합어란 NGS(차세대 염기서열 분석 장치)로 분석한 원시 자료(1436건 ~ 200Gb)

어란 DNA 메타바코딩 절차

1. 1. gDNA 추출
2. 2. PCR(DNA증폭)      
   • 1차 PCR (바코드 영역의 DNA 염기서열 증폭)
   • 2차 PCR (1차 PCR 산물 구분을 위한 인덱스 DNA 부착)
3. 3. NGS (차세대염기서열분석)

   2차 PCR 혼합산물 바코드 염기서열 동시에 읽기(시퀀싱)

4. 4. DNA 메타바코딩      
   • DNA 인덱스 염기서열로 PCR 산물의 종류 구분
   • 비슷한 염기서열끼리 구분 및 염기수열의 수 계수
   • 표준 생물종의 염기서열과 비교하여 종 결정
5. 결과의 활용      
   • 어류 산란장 지도 작성
   • 어란 종별 발견장소와 채집 시간 정보 활용

한반도 연근해 서식 어종 혼합어란 분석

어류 34목, 94과 269종 - 한반도 주변해역에서 부유성 알을 산란하는 어종의 30%

어란과 함께 채집된 오징어류 (연체동물 1목 2과 4종)

한반도 기후대별 어류의 산란 특성

어류의 산란생태로 본 한반도의 여름철은 열대 및 아열대 해역

DNA메타바코딩 기반 어류 산란장 지도 작성의 필요성

표준 DNA 정보사전 완성 및 대용량 아기생물 DNA정보 획득으로 우리나라 수산자원 산란장 지도 작성 추진. 기후변화, 난개발, 남획 등에 따른 산란장 변동 등을 연구, 미래세대를 위한 해양생물 산란장 보전 기여

기존 알려진 민어의 산란장은 완도와 덕적도 인근 광범위 한반도 연근해 혼합어란 DNA 메타바코딩으로 정확한 산란장 확인

산란 수온을 이용한 산란장 변동 예측

산란 수온을 이용해 수온 상승에 따라 산란에 적합한 산란정점(장)의 북상 예상

어란은 산란기 성체와 같이 환경변화에 가장 민감한 시기(신생아나 산모와 같음)

• 혼합어란 DNA 메타바코딩은 광범위 해역의 산란장 지도 작성에 유용
• 부유성 어란으로 다양한 해산 경골어류의 산란을 모니터링 할 수 있음
• 어류의 종별 산란 특성은 기후변화에 대한 해양생태계 반응의 생물학적 지표