최근 지구 환경의 변화와 무역의 자유화에 따라 해충의 유입 가능성이 높아지며 농·수출산업, 생태계파괴 등의 피해가 더욱 커질 것으로 예상된다. 이에 따라 검역현장에서의 신속한 해충의 동정 기술 개발의 중요성이 높아지고 있다. 본연구에서는 신속하고 간단한 고분자 물질의 질량분석방법인 MALDI-TOF (Matric Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight Mass Spectroscopy)를 이용하여 해충의 신속 정확한 동정방법을 개발하였다. 기존에 곤충의 유충 동정방법은 형태적 동정과 분자생물학적 방법으로 시간이 오래걸리거나 동정 단계가 복잡하다. 하지만 MALDI-TOF MS 의 동정방법은 다른 동정방법에 비해 15분 내외로 시간이 매우 절약되며, 개발된 프로토콜의 이용으로 편리함, 단순함 등에서 현장 활용성이 매우 높을 뿐만아니라 최근에 널리 활용되고 있는 DNA barcode 방법과 비교할 때 중요한 검역해충 및 유사종인 복숭아순나방, 복숭아순나방붙이, 복숭아심식나방에대한 종 판별 해상도가 유사한 수준으로 확인되어 현장 적용에 쉽게 적용이 가능한 새로운 기술로 사료된다.

최근 국가 간 농축산물의 교역이 급격히 증가함에 따라 외래해충의 유입과 이로 인한 생태계 교란 및 농작물의 피해 위험성이 증대하고 있다. 그러나 해외에서 유입되는 해충에 대한 정보는 매우 제한적인 상황으로서 제한된 국내의 해충 전문가 및 간편한 해충동정 프로토콜의 부재에 따라 신속한 검역과 유입해충의 효과적 차단에 대한 장애요인으로 작용하고 있다. 우리나라에서 지정되어 있는 식물검역대상해충은 1,373종으로서 외래해충의 유입을 차단하기 위한 간편하고 신속한 해충동정시스템의 구축 및 활용이 시급하다. 본 연구에서는 노린재류, 개미류, 미소나방류, 저장물 해충 등에 대하여 국내와 아시아, 아메리카, 유럽 등에서 확보된 해충종 및 근연분류군을 중심으로 463종 2132개체의 표본을 확보하여 DNA barcode 분석을 실시한 결과 총 1,897개체의 DNA barcode 서열을 확보하였다. 또한 표본에 대한 채집정보, 이미지정보, 생태적 특성에 관한 정보를 확보하여 검역관련 해충에 대한 동정에 활용 할 수 있는 Database를 구축하고 향 후 검역해충의 신속한 진단을 통한 외래해충의 유입 차단에 활용하고자 하였다.

북방수염하늘소는 솔수염하늘소와 같이 소나무재선충병을 유발하는 소나무재선충의 주요 매개충으로 소나무류에 막대한 피해를 주고 있다. 북방수염하늘소는 형태적으로 다형성을 나타내는 것으로 보고되었으나, 이들을 구분하는 뚜렷한 표현형이 제시되지는 못한 실정이다. 북방수염하늘소의 종내다양성 조사를 위하여 충북, 경기, 강원지역에서 채집된 표본을 대상으로 미토콘드리아 cytochrome c oxidase 1 유전자의 DNA barcode를 확보하고 계통분석을 실시한 결과 서로 다른 계통을 보이는 두 개의 그룹으로 구분되는 확인 할 수 있었다. 두 개의 그룹은 2.4-2.6의 K2P distance를 나타내었으나 형태적으로 구분되는 특징은 파악되지 않았다. 각 그룹의 북방수염하늘소 수컷의 생식기 검경결과 I 그룹 표본의 파악기 (paramere) 길이가 II그룹의 표본보다 다소 짧고 약간 넓은 차이가 있는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과는 두 그룹 간에 북방수염하늘소가 계통적으로 분화가 진행 된 것으로 사료되지만 두 그룹간의 명확한 지역적 분포의 차이가 나타나지는 않았다는 점에서 종 분화의 원인에 대해서는 현 시점에서 판단하는데 어려움이 있으며 향후 다양한 진전된 연구가 필요할 것으로 사료된다.

세계화로 인한 농림산물의 수출입 증가로 새로운 병해충의 유입이 증가되면서 검역의 중요성 또한 증가되고 있다. 최근 다양한 분자생물학적 방법을 활용한 해충의 종 동정법이 널리 알려져 있으나 시료로부터 DNA의 추출과 PCR 증폭, DNA sequencing 등의 과정이 필요한 경우가 대부분으로서 검역현장에서 즉시 활용하는데는 어려움이 있다. 본 연구에서는 복숭아순나방 유충과 형태적으로 유사하여 육안으로 구분할 수 없는 해충을 면역학적 방법을 활용하여 신속하고 간편하게 구분할 수 있는 방법을 확립하고 향후 간이진단킷트 개발을 통하여 검역현장에서 편리하게 사용될 수 있는 진단법을 개발하고자 하였다. 복숭아순나방 유충의 혈림프 단백질 중 종별로 높은 다양성을 나타내는 타겟을 발굴하였으며 설정된 타겟에 대한 다수의 단일클론항체 생산 hybridoma cell을 확보하였다. 확보된 단일클론항체를 western blot과 ELISA 방법으로 복숭아순나방 유충과 형태적으로 유사한 복숭아심식나방 유충에 대한 결합 여부를 비교분석하였고 그 결과 확보된 단일클론항체가 복숭아심식나방 유충에서 반응하지 않고 복숭아순나방 유충에서만 특이적으로 반응을 하는 것을 확인하였다.

전 세계적인 무역자유화 추세에 따른 국가 간 농산물 수출입량의 증대에 따라 외래 유입종의 확산에 의한 생태계의 혼란과 피해에 대한 우려가 증대되고 있는 현실에서 농산물의 수출입 과정에서의 병해충에 대한 검역관리는 외래유입종 차단의 가장 중요한 수단이다. 농산물의 수출입 과정에서 발견되는 해충은 대부분 egg, 유충 또는 약충기에 있는 경우가 많으며 형태적 방법에 의한 동정에 어려움이 있는 경우가 대부분으로서 통관의 지연이나 거부에 의한 경제적 손실이 크게 발생되는 경우가 많다. 최근 분자생물학적 방법을 통한 해충의 종 동정은 기존의 형태학적 동정을 극복하는 대체수단으로서 각광을 받고 있으며 종 특이적 PCR 진단법이나 DNA barcoding과 같은 특정 DNA 염기서열의 분석을 통한 종의 동정법이 널리 유행하고 있다. 국내에서도 농립축산검역검사본부와 농진청 등의 기관을 중심으로 국내 농산물에서 발생되는 다양한 해충 분류군에 대한 분자생물학적 진단법 개발이 진행되고 있으며 일정부분의 성과를 나타내는 시점에 도달하고 있다. 그러나 농산물의 수출입 과정에서 유입 가능한 해충을 효율적으로 차단하기 위해서는 주요 교역국간의 상호협력에 의한 표준화 된 동정체계 구축이 필요하며 DNA barcoding은 이러한 국제적 요구에 대한 매유 효과적인 표준화 수단이 될 수 있다. DNA barcoding은 10년이 조금 넘는 비교적 짧은 역사를 가진 연구 분야로서 2003년 캐나다의 연구진을 중심으로 제안이 되었으며 국제적 컨소시엄의 구성과 협력연구 및 각 국가별 주요 생물자원에 대한 DNA barcoding 연구를 통하여 우수한 연구성과를 도출하고 있으며 2013년에는 600편 이상의 연구논문이 발표되었다. 가장 대표적인 DNA barcode database인 BOLD system에는 5만종, 220만개 이상의 DNA barcode 정보가 등록이 되었으며 EU는 최근 3년간의 7th Frame Work Program을 통하여 QBOL을 구성하고 주요 해충에 대한 13,000개의 DNA barcode를 확보하였다. DNA barcode 연구의 최근 경향은 환경시료에 대한 대량분석과 NGS 기법을 이용한 DNA barcoding 경비의 절감을 통한 대중화를 들 수 있으며 2013년 가을 중국 곤명에서 개최된 제 5차 iBOL meeting에서는 다수의 환경시료에 대한 분석 결과와 경제적으로 중요한 분류군에 대한 결과들이 보고되었다. 그러나 DNA barcode 연구에는 아직 여러 가지 어려움이 남아 있으며 그 중 각 분류군에 대한 universal PCR primer 개발문제, 생물종에 대한 명명법의 국제적 표준화 문제 및 정확하게 동정된 표본과 이를 통한 신뢰도 높은 reference library 구축의 시급성 등을 예로 들 수 있다. 특히 식물검역관리를 위한 관리급 해충 및 유사해충에 대한 DNA barcode reference library의 확보는 외래해충의 유입 차단 시스템을 구축하기 위하여 기본적으로 요구되는 단계로서 최근 농림축산검역검사본부는 주요 식물검역 관련 해충에 대한 reference library 구축에 대한 연구를 지원하고 있으며 이를 통하여 식물검역해충의 국내 유입 및 확산에 대한 대비 수단으로 활용하고자 하였다.

발아기를 전후한 이상기후로 감나무의 신초 생장이 늦어지는 경우가 많다. 본 연구는 봄철의 생장 지연이 ‘부유’의 신초 및 과실 생장에 미치는 영향을 파악하고자 수행되었다. 신초 생장 지연을 유도하기 위해 탈순화 과정에 있는 눈의 온도조건을 달리하였는데, 발아 전인 3월 12일부터 정상 나무의 발아3일 후인 4월 8일까지 3~4년생 측지에 폴리에틸렌 비닐주머니를 씌우는 방법으로 하였다. 비닐주머니를 설치했던 가지는 낮 온도가 2~5℃ 높아진 반면 밤 온도는 외기온과 같아 주야간 온도변화 폭이 커졌고, 그 결과 4월 동안 발아와 신초 생장 지연 정도가 달라졌다. 4월 27일에 길이 0.5~10 cm 범위의 신초를 30개 선정하여 길이를 측정하고 각각의 생장을 추적 조사하였다. 생장 지연이 심한 신초일수록 개화가 늦어 7일까지 차이가 있었고 엽장이 짧아졌으나 신장이 종료된 신초장은 차이가 없었다. 신초 생장 및 개화가 지연될수록 수확 과실의 크기가 작아진 반면, 색도, 경도, 당도는 유의적인 변화가 없었다.

신속하고간편한 해충의 종 동정법 개발을 위해 다양한 방법들이 시도되었지만 실제 검역현장에서 즉시 활용 가능한 방법의 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 복숭아심식나방 유충과 형태적으로 유사한 해충을 구분할 수 있 는 면역학적 방법을 활용한 간이진단킷트 개발의 일환으로 유충의 혈림프에서 발 견되는 단백질을 대상으로 단일클론항체를 제작하고 특성을 분석하였다. 혈림프 단백질에 대한 재조합단백질은 대장균 발현시스템을 활용하여 확보하였고 확보된 재조합단백질에 대한 단일클론항체를 생산하는 hybridoma cell을 확보하였다. 이 렇게 얻어진 hybridoma cell 중에서 ELISA 방법을 통하여 복숭아심식나방 유충 항 원과 특이적으로 반응하는 항체를 생산하는 hybridoma cell을 선별하였고 선별된 hybridoma cell에서 항원 특이적 단일클론항체를 확보하였다. 그리고 단일클론세 포에서 생산된 항체를 이용하여 ELISA test를 한 결과 복숭아순나방 유충 항원에 서는 반응이 없고 복숭아심식나방 유충 항원에서만 특이적으로 반응을 하는 것을 확인하였다. 결과적으로복숭아심식나방 유충에 대한 단일클론항체는 복숭아순나방과 복숭 아심식나방에 대한 종 특이적 판단을 할 수 있는 것을 보여주었고 이러한 단일클론 항체를 이용할 경우 신속하고 간편하게 종 판단을 할 수 있는 진단킷트를 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

월출산의 나비군집 출현 양상을 알아보기 위하여 선조사법을 이용하여 월별로 모니터링 하였다. 그 결과 49종 1,151개체가 조사되었다. 우점종으로는 뿔나비 357(31.0%), 남방노랑나비 96(8.3%), 부처나비 75(6.5%), 굴뚝나비 72(6.2%)개체 순으로 나타났다. 월별로는 6월에 30종 516개체로 가장 많은 종수와 개체수를 기록하였고 구간별로는 저수지나 수원지와 인접한 구간에서 가장 많은 종수와 개체수를 보였다. 전체 다양도지수는 1.71로 나타났으며 월별로는 8월 2.75로 가장 높게 10월에 1.78로 가장 낮게 나타났다. 전체 우점도지수에서는 0.12로 나타났으며 월별로는 6월에 0.40으로 가장 높게 나타났으며 9월에 가장 낮은 0.07을 나타냈다. 유사도지수는 큰골과 성전이 0.52로 가장 유사한 종들이 서식하고 있는 것으로 조사되었고, 큰골과 용산이 0.17로 가장 낮은 것으로 나타났다. 월출산의 저수지나 수원지의 제방은 특정한 종의 서식처 역할을 하는 것으로 나타났다. 이는 산지에서 상대적으로 부족할 수 있는 초지대와 열린 공간을 형성하기 때문으로 판단된다.

본 연구에서는 팥의 꼬투리와 줄기를 가해하는 Ostrinia속 해충에 대해 종 동정 과정을 기술하였고, 사육하면서 관찰된 발육특성들을 보고 하였다. 수컷의 생식기는 3-lobed uncus 형태였으며, 가운뎃다리 종아리마디에는 털을 많이 갖는 것으로 나타났다. 미토콘드리아 cytochrome oxidase I (COI)과 II (COII) 유전자의 부분 염기서열은 콩줄기명나방(O. scapulalis), 큰섬들명나방(O. zaguliaevi), 큰조명나방(O. zealis bipatrialis)들에 대해 일본과 중국에서 보고된 서열들과 100% 일치를 보이는 종은 없었다. 기주식물 범위는 국내외 보고들 간에 일치하지 않았다. 암컷 성페로몬샘 추출물의 가스크로마토그래피 분석에서 큰섬들명나방과 큰조명나방의 성페로몬 성분인 (Z)-9-tetradecenyl acetate는 검출되지 않았다. 이상의 결과들을 종합하여 고려하였을 때, 본 연구의 팥 해충을 가해하는 곤충 종은 콩줄기명나방(O. scapulalis)일 것으로 추정되었다. 가을 야외에서 채집된 유충들을 야외조건에서 보관하였을 때, 이듬해 6월과 7월 사이에 성충들이 우화하였는데, 이 결과로부터 본 곤충 종은 말령 유충 단계에서 겨울휴면을 하는 것으로 추정되었다. 이외에 반합성 인공사료를 이용하여 실내 사육이 가능하였다.

국가 간 농림수산물 교역량의 증가에 따른 새로운 병해충의 확산을 방지하기 위한 검역의 중요성이 날로 증대되고 있는 가운데, 형태적 특성에 의한 해충 동정의 한계를 극복하기 위한 방법으로 최근 다양한 분자생물학적 방법을 이용한 종 동정 수단이 개발되고 있다. 본 연구에서는 국내산 과실에서 발견되는 주요 30여종의 해충에 대한 미토콘드리아 COI 바코드 서열분석과 바코드 서열에 기반 한 종 특이적 PNA probe개발을 통한 microarray system을 구축하였다. 그 결과 6종의 가루깍지벌레와 8종의 깍지벌레, 7종의 나방류, 5종의 응애류, 4종의 잎굴파리에 대한 DNA barcode 서열을 확보하였으며 각 분류군 공통적인 PCR 증폭 방법을 개발하고, PCR 증폭산물을 이용하여 효과적 해충의 동정이 가능함을 확인하였다.

인도, 베트남, 칠레, 중국, 필리핀, 케냐, 탄자니아, 페루, 인도네시아, 코스타리카, 그리고 라오스 외 총 23개국의 서로 다른 5000종 식물의 에탄올과 메탄올 추출물을 이용해서 뎅기, 뎅기열, 황열병의 주 매개체인 Aedes aegypti 에 대해 살충 활성을 검정 하였다. 유충의 사충률은 처리 후 24시간 후에 확인 하였다. 500ppm에서 사충률 > 90% 이상 되는 식물체는 49 종의 식물체로 확인 되었다. 49종의 식물체 추출물의 처리 농도를 희석 과정을 거쳐서 확인 후 최종적으로 3종의 식물체를 선별 하였다. 3종의 식물체는 인도에서 채집한 Araceae과의 Scindapsus officinalis (Roxb.) Schott, 케냐에서 채집한 Commelinaceae과의 Commelina africana L., 그리고 탄자니아에서 채집한 Fabaceae과의 Millettia oblata Dunn 이다. 이 3종의 식물체를 유기용매 4가지를 이용 하여 분획 과정을 거친 후 살충 활성 검정 후 높은 활성을 보이는 분획물의 LC50 값을 확인하였다. Scindapsus officinalis (Roxb.) Schott 는 클로로포름 분획물 (LC50-13.93), 부탄올 분획물 (LC50-15.65)에서 높은 활성을 보였고, Commelina africana L 는 헥산 분획물(LC50-1.85), 에틸아세테이트 (LC50-5.5)에서 높은 활성을 보였고, Millettia oblata Dunn는 헥산 분획물(LC50-8.77), 에틸아세테이트(LC50-9.73)에서 높은 활성을 보였다. 이 세 가지 식물은 Aedes aegypti 유충 방제를 위한 좋은 원료가 될 것으로 예상한다.

복숭아심식나방의 신속한 동정을 위한 간이진단킷트용 marker 개발을 위하여 유충의 전사체를 454 NGS를 통하여 분석하였다. 그 결과 총 237,000개의 서열을 확보하였으며, 약 160,000개의 서열이 복숭아심식나방 유충의 전사체 정보를 포함하였다. 이 전사체 정보는 약 3,000개의 contigs를 구성하였으며 singleton의 수는 17,000개로서, 이들을 genome 서열이 밝혀진 B. mori의 유전자와 BlastX로서 상동성유전자를 탐색하였을 때 68%, 44%의 서열들이 각각 B. mori, D. melanogaster의 유전자와 상동성을 나타내었다. 그 중 기능이 알려진 유전자의 수는 총 4500여개로서 중복을 고려하였을 때 약 2000개의 유전자에 대한 annotation이 가능하였다. 서열이 밝혀진 유전자의 64%가 B. mori의 유전자와 70% 이상의 상동성을 나타내었으며 60% 이하의 상동성을 나타내는 서열은 약 20%를 차지하였다. 이들 서열로부터 유충의 진단에 사용 가능할 것으로 예상되는 다수의 후보 단백질을 선정하였으며 이들의 서열 상동성을 비교하였다.

Understanding the metapopulation structure and movement of a species are required for conserving the species. In this paper, migration patterns and connectivity of patches of a threatened butterfly, Pamassius bremeri Bremer, were postulated using the mark-release-recapture (MRR) technique in a habitat located in the mid-southern region of the Korean peninsula. A total of 194 individuals were captured (137 males and 57 females) and, of them, 93 individuals (73 males and 20 females) were recaptured during the MRR experiment. The migration analysis showed 23-150% immigration and 28-53% emigration. There were high correlations between the migrating individuals and the distance between patches, but there was no correlation between migrating individuals and patch size or between migrating individuals and the number of host plants. Consequently, the migration of butterflies occurred frequently between closer patches, while patch size and quantity of the food plant had minor effects on migration behavior. Additionally, males migrated more frequently than females. Analysis of the migration patterns of P. bremeri showed that the central patch played an important role on linking patch groups and more frequent migrations were monitored between nearby patches than between the remote patches. This study suggested that active migrations take place between the neighboring multiple patches and these are accelerated if there is a stepping-stone patch between them.

From the course of screening of useful xylanase producing microorganism from a phytophagous longicorn beetle, we isolated an extra-cellular xylanase producing strain, Paenibacillus sp. HY-8 from the intestine of Moechotypa diphysis adult. On the basis of morphological, biochemical and phylogenetic studies of the new isolate was identified as a Paenibacillus species. Production of xylanase in this strain was strongly induced by adding xylan to the growth medium and repressed by glucose or xylose. The highest xylanase production was attained in the M9 media containing 1% yeast extract and 0.5% birchwood xylan when cultured at 25℃ for 24 hrs. HY-8 producing xylanase showed superior hydrolytic activities against various plant source feedstuff than control xylanase produced by Tricoderma sp. at pH 6.0.

From the course of screening of useful enzyme producing microorganism from insect guts, we isolated 9 lipase producing strains and their lipase producing activities were tested. 16S rDNA sequence analysis showed that they were Gram negative bacteria grouped on Serratia sp., Pseudomonas sp., and Burkholderia sp.. Among them, an excellent lipase producing strain, Burkholderia sp. HY-10 identified by 16S rDNA analysis and biochemical methods, was further studied its lipase producing characteristics. It was isolated from a longcorm beetle, Prionus insularis and showed cell density dependent lipase producing activity in the culture media that contained olive oil as a carbon source. Maximum lipase production was achieved in the M9 media containing 0.5% yeast extract and 0.5% olive oil when cultured at 30℃ for 36-42 hrs.

A ligniolytic bacterial strain was isolated from the digestive tract of a red dragonfly, Sympetrum depressiusculum. It was identified as a Serratia marcescens HY-5 by 16S rDNA sequence analysis and physiological and biochemical analysis. The isolated strain showed proportional increase of ligninolytic activity to the cell growth in the culture media which include lignin compounds. It showed about 25-45% decomposition of lignin compound by 48 hr incubation especially, showed effective decomposition of monomer lignin compounds, vanillin and guaiacol, and a dimer, dealkaline lignin. PCR amplification of 16S rDNA followed by denaturing gradient gel electrophoresis analysis showed high density of S. marcescens HY-5 in the gut of the S. depressiusculum at both gut samples which collected at different site.