곤충자원 및 작물해충을 포함한 농업곤충의 분류동정은 농업인의 소득과 관련된 주요한 민원 사항으로 신속한 종 동정을 필요로 한다. 이에 비해 국내외 분류학자의 인력은 감소되고 있으며, 주요 핵심 분류군을 제외하고는 문제가 발생하더라도 단기간에 종 동정을 이루어내기 어려운 실정이다. 최근 mtCOI의 전반부(650bp)를 DNA barcode로 이용하여 생물 종을 신속히 동정하려는 적용 연구들이 국내외에서 진행되어 왔다. 이에 따라서 국립농업과학원 농업생물부에서는 2009-2011년까지 국내외 농업곤충 1,000종의 G-DNA stock 및 DNA barcode 구축을 목적으로 연구를 진행하여 왔다. 그 결과, DNA stock의 제작 및 초저온 보존은 총 4목 44과 1,476종 4,958개체에서 완료하였고, DNA 바코드 분석은 총 4목 44과 1,182종 2,968개체에서 진행하여 왔다. 특히, 연구된 주요 분류군으로는 곤충자원에서 남한산 나비류 150종, 무당벌레과 40종, 병대벌레과 33종이 있으며, 농업해충으로는 밤나방과 253종, 자나방과 139종, 풍뎅이과 90종, 방아벌레과 177종, 잎벌레상과 67종 등이었다. DNA 바코드 분석을 통하여 10종의 신종 및 신아종을 발굴하였고, 기존 분류의 결과와 다른 10여 종의 혼동종을 찾아냈으며, 이들의 명확한 종 판정을 위하여 형태분류와 연계된 종합분류(intergrative taxonomy)가 수행 중에 있다. 또한, DNA stock 제작 및 DNA 바코드가 분석된 종의 개체 정보를 형태 분류와 유기적으로 연결한 라이브러리를 갖추기 위하여 ‘한국의곤충자원관(http://www.genebank.go.kr/pb/main.jsp)’내에 곤충분자분류관을 연차적으로 구축 중에 있다. 최종적으로 2016년까지 농업곤충 2,500종의 DNA 바코드 라이브러리를 구축하고자 계획하고 있으며, 이를 통해 형태분류와 접목하여 주요 농업곤충 종의 어떤 성장단계에서든지 신속하고 정확한 종 진단을 이루어 내고자 한다.

최근 DNA 바코드를 이용한 분자분류가 동물계 전반에서 빠른 종판별 수단으로 각광받고 있다. 하지만, 과 단위 이상의 분류군에서 전체종이나 그에 상응할 수 있는 지역상 곤충 분류를 수행할 수 있는지에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 이에 딱정벌레목 가운데 형태분류가 비교적 잘 정립된 한국산 병대벌레과(Cantharidae) 전체 종을 대상으로 DNA바코드를 이용한 종 판별 결과가 기존의 형태분류의 결과물과 어떤 관련성으로 나타날 수 있는지 검토하고자 하였다. 이번 실험에서는 한국산 병대벌레과 총 4아과 13속 33종 중 DNA stock 확보가 가능한 총 4아과 11속 27종에서 DNA 바코드를 우선 분석하였다. 그 결과, 병대벌레과의 분석종들은 0.6%에서 31.7%의 상당히 큰 폭으로 종간 유전적 분화율을 나타내었으나, NJ phenogram에서는 각 종간에 뚜렷이 구분되는 분지가 형성되었다. 특히, DNA 바코드 상에서의 종간 서열 차이가 비교적 작은 수치일지라도, 형태분류학의 동일 종의 샘플들의 분지는 같은 매듭(node)으로 수렴되었다. 이것으로 볼 때, 분자분류에서 유전자의 분화율과 함께 NJ phenogram 상에서의 분지양상 역시 중요한 종 동정 요인임을 알 수 있었다. 이번 연구의 결과는 딱정벌레목에서 과 수준에서의 DNA 바코드을 이용한 종 동정 활용에 있어 좋은 예가 될 수 있을 것으로 사료되었다.

최근에 급속도로 확산되고 있는 DNA 바코드 연구는 새로운 종의 발견이나 상위분류군의 판단에도 결정적인 단서를 제공해 줄 수 있다. 즉 표준화된 DNA 부분을 많은 종에 걸쳐 비교함으로서 종을 정확하게 동정할 수 있다는 것이다. 2004 년에 발표된 한 연구에 따르면, 중남미에 분포하는 팔랑나비과의 1종으로 기록되어 있던 분류군에서 무려 10종의 근연종들을 DNA 바코드 분석을 통하여 구분한 바 있다. 이들은 성충시기에는 큰 차이를 보이지 않으나 유충의 형태 및 숙주에서 상탕한 종간 변이를 갖고 있는 것이 확인되었다. 이외에도 성적인 이형을 보이는 암수의 연계, 유충과 성충의 연계에 관련된 연구들도 상당수 발표되고 있다. 과실파리과는 많은 해충들을 포함하여 전 세계적으로 4,000종 이상이 기록되어 있는 농업적으로 매우 중요한 분류군이다. 현재 약 300종의 과실파리가 유실수의 작물을 공격하는 해충들로 알려져 있으며 많은 종들이 동남아시아와 남아메리카, 오스트레일리아 등 열대 및 아열대 지방에서 다양한 과실에 극심한 피해를 주고 있다. 많은 과실파리과 곤충들이 세계 각국에서 과채류의 해충으로서 원산지로부터 다른 지역으로 도입되어 문제를 일으키고 있으므로, 겸역상으로 매우 중요한 분류군이라 할 수 있다. 한국의 국립식물검 역소에서도 과실파리 42종을 금지해충으로 5종을 관리해충으로 선정하여 검역에 힘쓰고 있다. 과실파리의 정확한 동정을 위해서는 일반적으로 잘 제작된 성충의 표본이 필요하다. 그러나 검역을 통하여 입수되는 표본들은 대부분 유충태이며, 이들을 정확히 동정하는 것은 거의 불가능하다. 드물게 사육을 통하여 성충을 우화시켰다 하더라도 이들을 동정하기 위해서는 분류전문가의 도움이 필요 한 경우가 많다. 그러나 국제적으로 과실파리 분류학자들의 수가 한정되어 있어 동정을 의뢰하여 도움을 받기가 쉽지 않다. 따라서 DNA 바코딩 작업을 통하여 주요 해충분류군을 포함하는 DNA 데이터베이스를 조성할 수 있다면 간단한 DNA 염기서열 분석작업을 통하여 검역현장에서 분류학자의 도움 없이 정확한 동정을 실시할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것이다.

Molecular phylogenetic analysis was conducted to evaluate the taxonomic relationships of genus Arisaema L. distributed in Korea and the molecular phylogenetic characteristics of three authentic Arisaema species for the herbal medicine Arisaematis Rhizoma (the rhizomes of A. amurense, A. heterophyllum, and A. erubescens). The sequences of three DNA barcodes (rDNA-ITS, matK, and rbcL) were analyzed using 50 samples of nine taxa consisted of eight Korean and one Chinese Arisaema with one outgroup (Dracunculus vulgaris). Both individual and combined phylogenetic analyses of three DNA barcode sequences revealed that the treated nine taxa are independently classified into six distinct clades (Clade I, A. amurense f. amurense and A. amurense f. serratum; Clade II, A. serratum and A. takesimense; Clade III, A. ringens; Clade IV, A. erubescens; Clade V, A. heterophyllum; Clade VI, A. thunbergii subsp. thunbergii and A. thunbergii subsp. geomundoense). These six clades were reasonably divided into three individual sections, Pedatisecta, Sinarisaema, and Tortuosa. Futhermore, the results of comparative DNA barcode sequences analyses provided a significant information for the taxonomic reconsideration of Arisaema L. at the specific and intraspecific level. However, we could not confirm the taxonomic characteristics or identity among the three authentic medicinal species through the molecular phylogenetic analyses of genus Arisaema L. for Arisaematis Rhizoma.

Background : Ixeris dentata is the perennial herbaceous plant in the Ixeris genera within the Compositae family. The whole plant has been used traditionally as herbal medicine. It is widely distributed in South Korea and the genetic difference among the plants harvested from different regions may differ due to the disparity in cultivation climate. Therefore, this research was performed to discriminate the I. dentata that are collected from four locations in South Korea based on sequence analysis of nrDNA-ITS region. Methods and Results : Genomic DNA was extracted from I. dentata obtained from Goesan, Dangjin, Yangpyeong, and Chuncheon. I. stonolifera was included for a comparison of genetic distance with I. dentata. PCR amplification was performed by using an universal barcode nrDNA-ITS primer for DNA barcoding. After sequencing, the data was aligned using ClustalW multiple alignment tool in BioEdit version 7.2.5 software. SNP and phylogenetic analysis were conducted with the MEGA7 program. Phylogenetic analysis was presented with Neighbor-joining method using the K2P model. Statistical significance are evaluated using bootstrap (1,000 replicates). PCR products were amplified with about 800bp length for the ITS1-4 sequences of all samples. Nineteen SNPs were detected within a 578bp fragment of the aligned sequences. The mean GC content was 51.88% for ITS1-4 sequences of them. The interspecific genetic distance between I. dentata and I. stonolifera was 0.029%. The highest region-specific distance was confirmed to 0.010% between the plants from Dangjin with Goesan and Chuncheon group. Meanwhile, the mean intraspecific distance among the plants from Yangpyeong was 0.002%. Conclusion : In the phylogenetic analysis, the plants from Goesan and Chuncheon were placed within the same clade, while the plants from Dangjin formed independent clade. On the other hand, the plants from Yangpyeong were not grouped into one clade followed by the intraspecies variation. In conclusion, the data from the research will be useful for the regional identification of Dangjin, even if it is required to perform some additional researches.

잔디는 공원과 정원, 학교운동장, 묘지, 골프장, 스포츠경기장, 도로변과 같이 다양한 장소에 식재되고 있는 주요 작물이다. 이러한 잔디는 생육적온에 따라 크게 난지형 잔디와 한지형 잔디로 구분된다. 그 중 한국잔디(Zoysiagrass)는 대표적인 난지형 잔디로, 들잔디(Zoysia japonica)와 금잔디(Zoysia matrella), 갯잔디(Zoysia sinica), 왕잔디(Zoysia macrostachya) 등이 있지만, 국내 자생 잔디의 품종 구분이 명확하지 않아 체계적인 보존과 관리가 어려운 실정이다. 최근 특정 염기서열 구간을 이용해 종을 식별하는 DNA 바코드 분석법이 개발되어, 다양한 생물종을 빠르고 정확하게 구별하는 것이 가능해졌다. 따라서, 본 연구에서는 자생 잔디의 분류를 위한 DNA 바코드 시스템 구축하고 이것을 바탕으로 체계적인 잔디 관리를 수행하고자 국내의 자생 한국잔디(들잔디, 금잔디, 갯잔디) 수집하고, 지역별로 들잔디와 금잔디, 갯잔디의 핵내 ITS(Internal Transcribed Spacer)구간과 엽록체 일부 구간에서 DNA 바코드 분석을 수행하였다. 국내 수집된 자생 잔디는 들잔디(영양체 334점, 종자 35점)와, 금잔디(영양체 20점, 종자 4점), 갯잔디(영양체 84점, 종자 26점), 왕잔디(영양체 2점) 등 섬20지역과 산16지역에서 총 506점을 확보하였다. 잔디 분류를 위한 DNA 바코드 분석은 국내 잔디 판매 종자 및 국내 수집 영양체를 재료로 ITS구간과 엽록체 일부 구간에서 DNA 바코드 분석을 수행하여, 각 DNA 바코드구간 염기서열을 확보하였다. 특히, ITS 구간에서 들잔디와 갯잔디의 확연한 염기서열 차이를 확인하였다. 본 연구결과를 통해, DNA 바코드 분석 시스템은 비슷한 표현형을 보이는 잔디의 분류 수단으로 활용이 가능할 것이다.