Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) is one of the most important insect pests in the world. In the present study, the taxonomic status of B. tabaci and the number of species composing the B. tabaci complex were determined based on 1,059 COI sequences of B. tabaci and 509 COI sequences of 153 hemipteran species. The genetic divergence within B. tabaci was conspicuously higher (on average, 11.1%) than interspecific genetic divergence within the respective genera of the 153 species (on average, 6.5%). This result indicates that B. tabaci is composed of multiple species that may belong to different genera or subfamilies. A phylogenetic tree constructed based on 212 COI sequences without duplications revealed that the B. tabaci complex is composed of a total of 31 putative species, including a new species, JpL. However, genetic divergence within six species (Asia II 1, Asia II 7, Australia, Mediterranean, New World, and Sub Saharan Africa 1) was higher than 3.5%, which has been used as a threshold of species boundaries within the B. tabaci complex. These results suggest that it is necessary to increase the threshold for species boundaries up to 4% to distinguish the constituent species in the B. tabaci complex.

분자생물학적 기술을 이용한 블루베리혹파리(Dasineura oxycoccana) 역학 조사를 위해 국내 9도, 25지역 32개 집단, 미국 10개 지역에서 군집을 채집하였다. 첫째, DNA바코드 분석을 통해 292개체의 유전자형이 조사되었다. 크랜베리 집단과 블루베리집단은 유전적으로 상이하여 기주에 의한 분화가 일어난 것으로 나타났다. DNA바코드에서 과반수이상이 동일하게 나온 haplotype으로부터 천안과 봉화에서 발견된 7개체의 유전적 거리가 10.5%로 나타내었으며, 순창과 뉴저지에서 나온 2개체가 16.6%로 나와 이들은 블루베리혹파리가 아닌 동속의 다른 종(Dasineura sp. 1&2)일 것으로 판단되었다. 둘째, 집단유전학 분석을 위해 12개의 마이크로새틀라이트 마커가 차세대염기서열분석 방법에 의해 개발되었고 이를 활용하였다. 국내외 샘플 29개 집단 632개의 집단유전학적 분석을 실시한 결과 국내 일부 집단들이 미국 집단과 가까움을 나타내는 것으로 나타났다. 횡성, 제주, 봉화 일부 집단이 Fst 0.15~0.24로 국내 다른 개체들과 상당한 유전적 차이를 보였는데, 오히려 미국 미시건 집단과 Fst 0.03~0.09로 더 가까운 것으로 나타났다. 이들의 원산지는 각각 미시건과 조지아 남부 인근 지역(플로리다 추정)에서 유래한 것으로 추정되었다. 결과로 볼 때, 국내 발생한 블루베리혹파리는 조사 군집별로 유전적 기원이 전혀 다른 복수의 상이한 집단이 전파된 것으로 보이고, 인위적인 수입루트에 의해 영향을 받은 것으로 추정된다. 이에 대한 상세한 연구내용을 발표하고자 한다.

This present study aimed at invasion process, cataleptic mechanism and monitoring basis of Bemisia tabaci biotype Q species. The main content are as follows: (1) The introduction of Bemisia tabaci biotype Q species into China was discovered for the first time. The fixed-point monitoring for 10 years indicated the invasion, formation, expansion and eruption process of BBemisia tabaci biotype Q species in China. (2) The rapid genetic evolution and the basis of ecological adaptability were emphasized from the level of individual/group. The ecological elements and mechanism influencing competitive advantage translocation of the biotype B/Q species were analyzed from the level of the relationship among the species. The synergistic and interactional effect between the biotype Q species and biological factor were also analyzed from the level of the community/system. (3) The quick and new technology to detect and monitor biotype Q species and the damages and variation of population were established, significant damages controlling methods using insecticide agent and RNA interference were also studied.

Temperature is known to play a crucial role in the population dynamics of insects. Insects have evolved different mechanisms to resist unfavorable temperatures. In recent years, western flower thrips (WFTs), Frankliniella occidentalis (Pergande) have caused serious damage to vegetable crops, so that, a study about the effects of heat stress on the thrips species is warranted. We exposed various developmental stages of WFTs to 41°C, 43°C, or 45°C for 2 h to determine the effects of heat stress on survival rates, the parental reproduction, and its offspring, the activity of acetylcholinesterase and the trehalose level. Prepupae and pupae have the highest level against heat resistance than larvae and adults with higher survival rates after exposure at 41 or 43°C for 2h, but that of adults was higher at 45°C. The survival rates of larvae were lowest. Longevity of female adults and the quantity of larvae and adults in the first generation decreased significantly after exposure to high temperature. Activities of acetylcholinesterase were significant higher after heat stress treated, but the activity of acetylcholinesterase of pupa was significant lower after been exposed to 45°C for 2h. The trehalose levels in different developmental stages were significant lower after heat stress treatment. The activity of acetylcholinesterase and the trehalose level in the first progeny generation changed obviously after exposure the parental individual. These results support the hypothesis that heat stress may be used to control WFTs.

Lung cancer caused by diverse changes in cells resulted by exposure to carcinogens found in tobacco smoke, the environment, or sequential accumulation of genetic changes to the normal epithelial cells of the lung. An assessment was made of the anti-proliferative activity of constituents from silkworm feces against 11 human cancer cell lines, including A549 and H727 lung cancer cell lines, using a 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide assay. The ethanol extract of silkworm feces was proved to have anti-proliferative activity against all 11 species of human cancer cell lines. The biologically active constituent was characterized as vomifoliol (blumenol A) (1) and stigmasterol (2) by spectroscopic analysis ,including MS and NMR. In conclusion, global efforts to reduce the level of antitcancer agents justify further studies on the silkworm feces-derived materials containing vomifoliol and stigmasterol as potential anticancer products or lead compounds for the prevention or eradication from human lung cancer.

An assessment is made of the anti-proliferative activity of cicada slough-derived materials against 10 human cancer cell lines, including PC-3 and DU145 prostate cancer cell lines, using a 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay. Results were compared with those of the commercially available anticancer agent with broad spectrum cisplatin. The ethanol extract of Cryptotympana spp. slough was proved to have anti-proliferative activity against A549 lung, AGS stomach, PC-3 and DU145 prostate, Hela cervix, HT-29 colon, MCF-7 breast, and SK-Hep-1 liver cancer cell lines except for Hep-2 larynx and SK-OV-3 ovary cancer cell lines. The biologically active constituent was characterized as the nonprotein α-amino acid theanine [2-amino-4-(ethylcarbamoyl)butyric acid] by spectroscopic analysis, including EI-MS and NMR. Theanine was isolated from the cicada slough as a new cytotoxic principle. Fifty percent inhibition concentration (IC50) values of the constituent against PC-3 was 6.52 μg/mL, respectively. The activity of theanine (IC50,6.52μg/mL) did not differ significantly from that of the anticancer agent cisplatin (IC50,7.39μg/mL) toward PC-3. In conclusion, further studies on the cicada slough-derived materials containing theanine as potential anticancer products or a lead molecule for the prevention or eradication from human prostate cancer.

Severe fever with thrombocytopenia syndrome (SFTS) is an emerging disease, causing high fever, thromobocytopenia, leukopenia, gastrointestinal simptoms (vomiting, diarrhea), hemorrhage and multiorgan dysfunction. It was known that Haemaphysalis longicornis (H. longicornis), a major tick in Korea, is the principal vector for severe fever with thrombocytopenia syndrome virus (SFTSV). Firstly, to investigate the existence and prevalence of SFTSV in the country, we collected the ticks in 9 provinces in South Korea and detected SFTSV from H. longicornis ticks from 2011 to 2012. And we also investigated SFTSV infection in ticks collected from healthy humans without SFTS symptom and their residential areas. From the former study, we collected 13,053 ticks, and H. longicornis (90.8%, 11,856/13,053) was the most abundant among them. The minimum infection rate (MIR) of SFTSV in H. longicornis was 0.5% (59 pools). From the later study, totally 422 ticks of 8 species were collected from humans and at their neighborhood throughout the nation from May to October, 2013 and SFTSVs were detected from 12 pools (5.7% MIR) by RT-PCR. Finally, we diagnosed 35 patients by detecting SFTSV gene with their sera, and isolated 26 SFTSVs among them in 2013. These findings indicate that SFTSVs are prevalent and SFTS is probably endemic in Korea.

Vector-borne diseases, including those transmitted by ticks, pose serious public health threats to US military populations, as well as military and civilian populations in the Republic of Korea. (1) From 2004-2010, a total of 54,495 ticks belonging to three genera and eight species [Haemaphysalis longicornis (33,242; 61.0%), H. flava (18,525; 34.0%), Ixodes nipponensis (2,420; 4.4%), H. phasiana (216, 0.4%), H. japonica (33; <0.1%), Amblyomma testudinarium (26; <0.1%), I. turdus (17; <0.1%), and I. persulcatus(16; <0.1%)] were collected by tick drag. (2) As part of the rodent-borne disease surveillance program, a total of 6,773 ticks belonging to two genera and four species were collected from small mammals at US military installations and training sites in Korea from 2004-2009. (3) In collaboration with Seoul National University, a total of 920 ticks, belonging to two genera and six species were collected from small-large mammals. (4) In addition, a total of 250 ticks belonging to two genera and five species were collected from migratory birds. (5) I. simplex and I. vespertilionis also were collected from limited numbers of bats. Additional collections from small-large mammals, migratory birds, bats, and other animals are needed to identify the geographical and host range of ticks and the associated pathogens they harbor. Furthermore, these data can be used to provide predictive emergence and distributions of ticks and their associated pathogens.

일본뇌염은 모기에 의해 전파되는 대표적인 감염병으로 플라비바이러스속(Flavivirus)의 일본뇌염바이러스가 원인 병원체이다. 국내에서 매개 모기종은 주로 작은빨간집모기(Culex tritaeniorhynchus)로 알려져 있고 동남아시아에서는 본종외에 Cx. vishnui, Cx. annulirostris등을 포함하여 잠재적 매개능력을 지닌 여러 종의 모기들이 보고되고 있다. 지금까지 국내에서 일본뇌염매개종에 대한 연구는 이(1971)에 의해 서울 및 근교에서 여름철 채집된 작은빨간집모기와 금빛숲모기(Aedes vaxans) 그리고 월동 중인 빨간집모기(Cx. pipiens)로부터 일본뇌염바이러스를 분리한바 있다. 최근 Takhampunya 등 (2011)은 경기도 파주지역에서 채집한 작은빨간집모기와 반점날개집모기(Cx. bitaeniorhynchus)에서 일본뇌염바이러스를 검출한바 있다. 과거 국내 일본뇌염 환자의 발생분포는 한반도의 남쪽에 높은 밀도를 보였는데, 이는 인구밀집 지역을 제외하고 매개모기의 발생지역과 대체로 일치하였다. 그러나 최근의 경향은 전국에서 산발적인 형태를 보이며, 매개모기의 분포 양상과 다르게 나타났다. 따라서 저자 등은 일본뇌염 발생의 역학적 규명을 위해 매개모기의 재확인이 필요하다고 판단하여 일본뇌염환자 발생지역과 철새도래지를 중심으로 산, 습지, 축사주변, 주거지역에서 Black light trap, BG sentinel trap, Fay prince trap, Gravid trap을 사용하여 모두 9속 20종의 모기를 채집하였다. 채집된 모기를 분류 동정하여 바이러스 감염 조사를 한 결과 기존의 매개종으로 알려진 작은빨간집모기와 빨간집모기 이외에 동양집모기(Cx. orientalis)와 큰검정들모기(Armigeres subalbatus)에서 일본뇌염바이러스가 처음으로 검출되었고, 검출된 바이러스의 genotype은 모두 5형이었다. 결론적으로 국내의 일본뇌염바이러스 전파는 작은빨간집모기 뿐만 아니라 다양한 종류의 모기가 관여하는 것으로 판단되며, 이들 중 사람에게 바이러스를 전파시키는 종은 바이러스에 대한 감수성이 높은 것과 생태적으로 인체흡혈 기호성이 큰 종이 보다 중요한 역할을 할 것이라고 사료된다. 향후 정확한 일본뇌염바이러스의 전파 경로를 규명하기 위해 매개모기류의 흡혈원 규명, 바이러스의 월동 기전 및 국내 유입 등의 추가적 후속 연구가 필요하다.

Nature conservation in the Republic of Korea (ROK), in addition the effects of global warming has increasingly changed Korea’s weather to a subtropical climate has resulted in increased populations of wild animals in association with their ectoparasites. Increased numbers of animal and bird hosts and warmer climate has resulted in higher populations of members of the Family Ixodidae (hard ticks), in addition to habitat and geographical distributions resulting from reforestation. There are; 6 Genera (Amblyomma, Boophilus, Dermacentor, Haemaphysalis, Ixodes, Rhipcephalus) in the Family Ixodidae, and with 35 species. Studies in the ROK over the past 10 years has resulted in the recognition of 3 Genera of Ixodidae (Haemaphysalis, Ixodes, Amblyomma) and 14 species (H. longicornis, H. flava, H. japonica, H. phasiana, H. ornithophila, H. formosensis, Ixodes nipponensis, I. persulcatus, I. turdus, I. pomerantzevi, I. granulatus, I. vespertilionis, I. simplex, Amblyomma testudinarium). A number of tick-borne pathogens, including severe fever with thrombocytopenia (SFTS) virus, tick-borne encephalitis (TBE) virus, Borrelia, Anaplasma, Ehrlichia, Rickettsia, Bartonella, Theileria and Babesia species, have been detected in ticks collected from the ROK. In addition to detecting these pathogens in zoonotic hosts, they have also been detected from pets, domestic animals, and humans. These pathogens often demonstrate vector and host-specificity, while affecting veterinary and medical health. The analysis of vector and pathogen distributions is crucial for the development of diseased mitigation strategies, requiring additional studies to determine the distributions of animal and bird hosts and vectors and associated pathogens.

The common bed bug, Cimex lectularius L. (Hemiptera: Cimicidae), is an ectoparasitic pest that feeds on humans as well as other mammals. We investigate that point mutations on the voltage-sensitive sodium channel are associated with the resistance to pyrethroids. Two point mutations (V419L and L925I) in the voltage-sensitive sodium channel (VSSC) α-subunit gene have been identified in deltamethrin-resistant bed bugs. L925I, located the intracellular loop between IIS4 and IIS5, has been previously found in a highly pyrethroid-resistant populations of whitefly. V419L, located in the IS6 transmembrane segment, is a novel mutation. To establish a population-based genotyping method as a molecular resistance monitoring tool, a quantitative sequencing (QS) protocol was developed. Frequency prediction equations were generated from the plots by linear regression, and the signal ratios were shown to highly correlate with resistance allele frequencies (r2 > 0.993). In addition to QS, the filter contact vial bioassay (FCVB) method was established and used to determine the baseline susceptibility and resistance of bed bugs to pyrethroids. A pyrethroid-resistant strain showed > 9375- and 6990-fold resistance to deltamethrin and λ-cyhalothrin, respectively. Resistance allele frequencies in different bed bug populations predicted by QS correlated well with the FCVB results, confirming the roles of the two mutations in pyrethroid resistance. Taken together, employment of QS in conjunction with FCVB method should greatly facilitate the detection and monitoring of pyrethroid resistant bed bugs in the field.

NGS(Next Generation Sequencing) 기법이 2007년부터 적용된 이후 약 10년도 되지 않은 짧은 기간 동안 유전체 연구에 상당히 큰 변화가 일어나고 있다. 유전자 중심의 연구에서 유전체를 기반으로 하는 형태로 연구 패러다임이 변화되고 있으며, 컴퓨터 하드웨어의 급속한 성능 증가와 더불어 생물정보의 중요성이 다시 부각되고 있다. 인간 중심의 유전체 연구는 식물과 동물, 미생물로 급격하게 분야가 확장되고 있으며, 한 대의 시퀀싱 머신에서 120Gb의 시퀀싱 데이터가 단 29시간만에 만들어지는 기술적 성과를 확인할 수 있다. 곤충 분야에서는 i5K(The 5,000 Insect Genome Project) 국제 컨소시엄이 시작되었으며, BGI(Beijing Genome Institute)에서도 다양한 곤충의 유전체 시퀀싱 및 분석 사업을 진행하겠다고 제안하고 있다. 국내에서도 차세대바이오그린21사업의 동물유전체육종사업단에서 가축유전체와 더불어 몇 가지의 곤충 유전체 연구가 진행되고 있으며, 금년부터 시작되는 농촌진흥청의 다부처유전체사업에서도 일반작물, 원예작물, 약용작물, 가축과 더불어 곤충분야도 한 부분을 차지하게 되었다. 아직은 다른 분야에 비해서 잘 알려져 있지 않지만, 곤충 분야 연구의 잠재성을 검토해 볼 때 가장 빠르게 유전체 연구를 통해 유용한 결과를 획득할 수 있으리라 생각된다. 하지만, 곤충 분야의 유전체 연구를 위해서는 선행되었던 다른 유전체 연구의 문제점을 파악하여 접근하여야 효율적인 성과를 도출할 수 있을 것이다. 따라서, 곤충 유전체 연구에 대한 동향과 생물정보학적인 기법 등을 제안하고자 한다.

Both the body louse (Pediculus humanus humanus) and the head louse (P. humanus capitis) are obligatory human ectoparasites. The body louse is a serious public health threat because it transmits a variety of human diseases whereas the head lice causes one of the most prevalent human infestations, pediculosis. Recent genome analysis revealed that both body and head lice have one of the smallest insect genomes (~108 Mb). Comparison of transcriptional profiles uncovered that almost the same number of genes was annotated both in the head louse (10,770 genes) and the body louse (10,771 genes) among 10,775 protein-coding genes predicted from the body louse genome. Despite their similar genetic background, body and head lice have several differences in their biological features, such as choice of habitat on human host, body size and vector competence. Annotation of major detoxification genes revealed that they are dramatically reduced in human lice compared to other insects except for the honey bee and that, despite the overall reduction in number, human lice retain at least a minimum repertoire of genes known to confer metabolic or toxicokinetic resistance to insecticides, suggesting their high potential for resistance development. Comparison of insecticide target site gene sequences and transcription levels of detoxification genes enabled the identification of toxicodynamic and metabolic factors of insecticide resistance and further allowed the development of molecular markers for resistance detection. Transcriptional profiling during tolerance was used to identify ivermectinmetabolizing detoxification genes, indicating that such an approach may allow proactive resistance management. Comparison of genomes and transcriptomes between body and head lice suggested that vector competence difference is not attributed to the difference in the composition of immune related genes but rather to their transcriptional regulation and/or not-yet-identified epigenetic factors.

변이는 생물다양성과 더불어 생명의 가장 중요한 특징이다. 그렇지만 변이의 중요성은 커녕, 변이의 존재를 인정하고 과학적인 연구를 시작하게 된 시기는 지난 세기부터이다. 변이의 철학은 플라톤으로 대표되는 고대 그리스 철학과 기독교 사상에 뿌리를 두고 있다. 변이를 두고 가장 극적인 충돌은 다윈의 개체군적인 사고(population thinking)와 마이어의 유형학적인 사고(typological think)에서 발생했다. 다윈의 개체군적인 사고는 ‘자연선택’, 그리고 마이어의 유형학적인 사고는 ‘생물학적 종’이라는 생물학의 굵직한 발견을 하게 된다. 변이에 대한 이해는 생명에 대한 이해의 핵심이다. 그 이유는 변이가 성의 진화와 성선택과 필수불가적으로 연결되어 있기 때문이다. 최근 진화생물학에서 성의 진화가 변이의 창조 및 유지와 직결되어 있다는 증거가 속속 드러나고 있다. 마지막으로 암컷의 성선택과 같이 방향성 선택이 지속되어도 개체군에서 변이가 유지되는 연구를 소개한다.

수많은 생물 종의 개체들은 주위의 다양한 생물체와 함께 생태계를 이루며 함께 어울려 살고 있으나, 이들 중 서로 똑 같은 개체는 존재하지 않는다. 같은 종인 인간들 사이에서도 서로 똑 같은 개체는 존재하지 않는다. 이렇게 같은 종이라도 서로 다르게 태어나는 이유는 생물이 태어나서 환경(물리적, 생물적)에 적응하여 살아가는 생물의 진화라는 맥락에서 이해 될 수 있다. 일찍이 다윈은 생물의 변이와 자연선택을 생물 진화의 요소임을 주장하였다. 생물이 태어나서 서로 다른 모습을 유지함은 유전자를 다음 세대로 전달하는데 필수 불가결한 것으로, 생물은 이런 개체변이를 유지하기위하여 죽음을 만들고, 성을 개발해 냈다. 즉 죽음과 성을 통하여 생물체의 다양한 변이를 만들어내고 있으며, 만들어 낸 변이를 유지하고 있는 것이다. 이는 생물체의 개체 변이가 생명(유전자)의 영속을 유지하는 기본 골격임을 말하는 것이다. 생물 군 중 변이가 진화에서 가장 중요하다는 사실을 생물 진화 역사에서 가장 많이 경험한 종이 아마 곤충일 것이다. 역으로 추정해 보면 곤충 종의다양성이 이를 간접적으로 증명한다고 볼 수 있다. 해충 또한 곤충의 일종으로 인간과 같은 먹이를 놓고 싸우는 종 중 인간에게 패배하지 않은 생물 종의 하나로 이들이 갖고 있는 무기는 오직 유전적 다양성(변이)이다. 따라서 해충 방제의 원리는 이 유전적 다양성을 어떻게 관리하느냐 하는 것으로 개체군 내 개체 변이의 발달을 조절하는데 있다. 해충 개체군내의 변이 관리는 해충의 밀도를 훨씬 쉽게 조절할 수 있게 하며, 원하는 식량을 해충으로부터 안전하게 지킬 수 있는 단 하나의 열쇠가 될 것이다.

곤충의 종다양성은 그들의 변이로부터 기원했다고 해도 과언이 아니다. 곤충은 환경적응능력이 매우 뛰어난 생물 그룹 중 하나로서 여러 가지 변이 요소를 지니고 있다. 곤충의 서식처는 그들의 먹이와 연관되어 있으며 약 60%의 곤충이 식식자, 나머지 곤충이 대부분 포식자, 기생자, 부식자로 진화하여 다양성을 이루고 있다. 따라서 곤충의 다양성을 이루는 변이의 원동력 중 가장 중요한 요소로 곤충과 식물의 상호작용을 들 수 있다. 곤충이 생리적으로 식물의 이차대사산물에 적응하기 위한 능력이 필요했다면, 형태적으로 식물의 구조에 적응하기 위한 진화가 필수적이었다. 이번 소모임에서는 주로 기주식물이 다른 근연종 사이에 나타나는 형태적 변이와 유전적 변이(마커유전자)의 변화 속도가 연관이 있는지 몇몇 사례 연구를 통해 조명해보고 이에 대한 논의를 해보고자 한다.

지구 온난화와 기후변화는 우리 생활 주변에서 흔하게 이야기되는 과학용어(구글 검색 약 140만건)가 되었다. 기후변화에 따라 해충학 분야에서 주의하는 분야는 돌발해충 또는 남방계 해충의 서식지 확대를 포함하게 된다. 특별히 겨울 기간 평균 온도 상승은 해충의 월동 성공률을 높여 이듬해 대발생을 일으킬 수 있다. 그러나 기후변화와 해충의 발생 시기 및 밀도를 예측하는 데에는 정확한 기후 환경변화 예측 뿐만 아니라 기후 적응력 변화에 대해 곤충이 보이는 생물적 다양성 정보가 필요하다. 본 발표는 아열대 지역에서 발생하여 휴면 기작을 가지고 있지 않은 남방계 해충 가운데 파밤나방(Spodoptera exigua)을 대상으로 내한성 및 발육 생리를 토대로 곤충 생리적 다양성을 소개하고자 한다. 특정 곤충의 내한성 양상을 분류하는 데 기준이 되는 체내빙결점(또는 과냉각점, supercooling point: SCP)이 실내 집단의 경우 -26.8℃ (알) ~ -10.4℃ (5령충)로서 발육시기별로 다양하게 나타난다. 야외집단은 다소 높은 SCP를 보여 환경 가운데 다양한 빙핵형성물질 또는 세균의 존재에 따라 차이를 나타냈다. 그러나 파밤나방은 이 기준 SCP 보다 높은 저온에서 노출기간에 비례하여 사망률이 증가하는 전형적인 동결감수성 곤충으로 판명되었다. 즉, 체내 빙결을 견디지 못하는 파밤나방은 SCP를 낮추어 저온 노출에서 빙핵형성을 억제하는 내한성 기작을 보유하고 있다. 또 다른 내한성 기작으로 파밤나방은 급속내한성유기(rapid cold hardening: RCH) 기작을 전체 발육시기에서 나타내 환경의 점진적 변화에 대해서 대처하는 생리기작을 보유하고 있다. 이 RCH에 관여하는 물질은 글리세롤로서 4℃ 조건에서 6시간을 노출시킬 경우 5령 유충은 혈림프 중 글리세롤 농도가 초기 0.7 mM에서 4.0 mM로 증가하였다. 내한성유기에 미치는 글리세롤의 영향은 이 물질을 합성하는 데 관여하는 효소인 glycerol kinase 발현을 억제할 경우 RCH가 일어나지 않는 데에서 입증되었다. 이상의 파밤나방 내한성 분석은 저온에 대한 이 곤충의 생리적 현상을 밝히고 한계능력을 측정하는 하나의 상대적 척도에 불과하다. 궁극적으로 이 해충이 월동이 가능한 지를 결정하는 데에는 또 다른 요인들이 관여할 수 있다. 이러한 요인 가운데 비교적 높은 저온에서 장기간 노출에 따라 나타나는 간접 비동결피해(indirect nonfreezing injury) 유무가 포함된다. 파밤나방 발육시기별로 0℃ ~ 15℃ 까지의 비교적 높은 저온에서 3주간 노출실험이 진행되었다. 알의 경우 모든 처리 온도에서 3주 100% 사망률을 나타냈다. 반면 다음으로 번데기의 경우 다른 온도에서는 100% 사망률을 보인 반면, 15℃에서는 약 60%의 생존율을 나타냈다. 유충은 10℃에서도 생존을 보였다. 즉, 파밤나방 모든 미성숙 발육시기는 간접 비동결피해를 나타냈다. 비교적 낮은 간접 비동결피해를 보였던 유충 시기는 저온 노출에 따라 발현 유기된 Hsp70 열충격단백질의 영향으로 밝혀졌다. 따라서 기후변화에 따라 월동 성공률을 예측하기 위해서는 단기적 내한성 정도를 기반으로 장기적 저온 노출 평가가 수반되어야 하며, 여기에 집단 간 내한성 유기 능력의 변이를 고려해야 한다. 기후변화에 따른 평균온도 상승은 변온동물인 곤충에게는 발육속도에 변화를 주게 된다. 특별히 생태학적 측면에서 곤충의 발생 예측에 기준이 되는 발육영점온도는 이러한 곤충 발육 속도 및 발생 횟수를 가늠하게 하게 하는 기준점이다. 즉, 이론 추정치인 발육영점온도를 통해 알로부터 성충에 이르기까지 발육에 유효한 적산온도 산출로 특정 해충의 연중 세대수 및 발생 최성기를 추정하게 된다. 그러나 이 발육영점온도에 대한 생리 및 생화학적 특징에 대해서는 아직 알려지지 않고 있다. 이를 위해 파밤나방 5령충의 발육영점온도(15℃)를 기반으로 온도 증가(20, 25, 30℃)에 따라 유전자 발현 양상을 비교하였다. 동일한 집단을 25℃에서 사육시키고 얻은 갓 탈피한 4령충을 상기의 4 가지 서로 다른 온도로 처리하였다. 이후 발육하여 5령으로 탈피한 유충을 동일 개체수로 임의 선발하여 전체 RNA를 추출하고, 다시 각 온도별로 상이한 염기서열 표지를 말단에 연결하였다. 이후 전체 처리 RNA를 혼합한 시료를 대상으로 Illumina-HiSeq2000으로 염기서열 분석을 실시하였다. 이후 각 말단 표지를 바탕으로 처리 별 전사체를 구분하고 비교 발현 유전체 연구를 실시하였다. 총 분석된 전사체의 염기서열은 각 처리가 유사한 전사체량(9.7 - 11.8 Gb)으로 구성되면서 전체 약 40 Gb의 양으로 분석되었다. 이들을 de novo assembly 한 결과 전체적으로 82,642 개의 contig를 얻을 수 있었다. 이 가운데 4 처리 모두에서 발현된 contig는 27,700 개 이며, 시료에 따라 RNA 추출량에 대한 보정을 하여 상호 발현 양상을 분석하였다. FPKM (fragments per kilobase of exon per million fragments mapped)으로 유전자 발현량을 표준화하고, 이를 기반으로 유전자별 전체 발현패턴을 군집분석한 결과, 15℃에서 성장된 파밤나방은 다른 발육 온도에서 성장된 파밤나방과 유전체 발현 양상에서 현격하게 구분되었다. 흥미로운 현상은 발육영점온도인 15℃에 비해 성장 허용 온도에서 오히려 발현량이 줄어드는 전사체 종류가 증가하는 전사체 수와 유사하다는 것이다. 이를 기반으로 4 배 이상의 유전자 발현량을 주는 대표적 유전자들을 선발하였다. 발육영점온도에 비해 증가하는 전사체는 라이보좀 관련 단백질이 포함된 반면, 감소하는 전사체는 휴면 특이적 펩타이드와 유충표피층단백질을 포함하였다. 곤충의 발육에 중요한 인슐린신호전달계 유전자들의 발현량이 추가로 분석되고 있다. 이상의 결과는 온도변화에 따라 반응하는 생체내 유전인자의 다양성을 보여 주고 있고, 이들의 역동적 유전체 변화(염기서열 변화 및 발현량 변화)는 기후변화에 따라 곤충의 변이 잠재성을 암시하고 있다.

Acetylcholinesterase (AChE, EC 3.1.1.7) plays a vital role in neurotransmission in both vertebrates and invertebrates. AChE is a key enzyme in the insect nervous system, in which the cholinergic system is essential. In addition to its classical synaptic functions, AChE is recently known to play other non-neuronal roles. In vertebrates, only one AChE has been shown to be involved in both neuronal and non-neuronal functions, whereas two different AChEs have been identified from various insect species, and seem to play respective neuronal and non-neuronal functions. In honey bee, for instance, membrane-anchored AChE2 is reported to be responsible for classical synaptic functions, while soluble AChE1 plays non-neuronal functions. In contrast to most insect species expressing two AChEs, Cyclorrhaphan flies are known to possess only a single ace locus. In Cyclorrhapha possessing only one AChE, multiple forms (molecular variation) of Drosophila melanogaster AChE (DmAChE) were recently suggested to be generated via alternative splicing. Among various molecular forms, membrane-anchored dimer has high enzyme activity, whereas soluble monomer is abundantly expressed without catalytic activity. Interestingly, expression of the soluble DmAChE was induced by chemical stress. Based on the results, it can be hypothesized that the generation of multiple isoforms of AChE2, particularly the soluble forms, may have provided alternative protein copies for AChE1, replaced the functions of AChE1 and eventually allowed the loss of AChE1 in Cyclorrhaphan flies.

Species-specific sex pheromones play an important role in mediating sexual behavior and pheromone biosynthesis activating neuropeptide (PBAN) stimulates the pheromone production. Previously, we identified PBAN and PBAN receptor gene and reported the functionality of these genes via heterologous expression and RNAi (BBA-general subjects, 2005 and IBMB, 2011). To find the differences in the transcriptional level between scotophase and photophase in the pheromone gland of P. xylostella, total RNA was extracted from the adults and transcriptomes of the pheromone glands were analyzed by RNA-seq. The genes related to the pheromone biosynthesis were identified and the putative pathway of pheromone biosynthesis was predicted. Compared to the expression level of pheromonebiosynthesis-related genes between scotophase and photophase, the expression of fatty acid reductase (FAR) exhibited the significant difference in the putative pheromone biosynthesis pathway, suggesting that FAR is the key enzyme regulating the pheromone biosynthesis.

1938년 DDT가 개발된 이후 현재까지 해충 방제를 위하여 유기합성 살충제가 사용되어 왔고 해충방제에 많은 공헌을 한 것은 사실이나, 이러한 살충제의 장기간 및 과다 사용으로 최근에 인축에 대한 독성, 환경오염, 저항성해충의 출현, 잠재해충의 해충화 등 많은 부작용을 낳고 있다. 유기합성농약의 여러 가지 부작용 때문에 선진국에서는 오래전부터 이들을 대체할 환경친화형 방제법을 개발해오고 있다. 국내에서도 유기합성농약을 대체할 생물농약 개발에 많은 인력과 예산을 투자하고 있으며, 국내생물농약시장은 환경친화형 방제제에 대한 수요 증가로 꾸준히 증가할 것으로 예상된다. 하지만 국내에서 수행되고 있는 생물농약 연구는 대부분 농업 혹은 위생 해충에 국한되어 있으며, 산림해충 방제를 위한 생물농약 연구는 거의 이루어지고 있지 않다. 하지만 다양한 생물종이 서식하고 있는 산림에 유기합성농약을 대체할 친환경 방제법 개발은 무엇보다 시급한 실정이다. 본 발표에서는 현재까지 산림해충 방제를 위한 국내산림해충의 화학생태 연구에 대해 소개하고자 한다.