Recently, environmental DNA (eDNA)-based metabarcoding approaches have been proposed to evaluate the status of freshwater ecosystems owing to various advantages, including fast and easy sampling and minimal habitat disruption from sampling. Therefore, as a case study, we applied eDNA metabarcoding techniques to evaluate the effects of an abandoned mine land located near a headwater stream of Nakdonggang River, South Korea, by examining benthic macroinvertebrate diversity and compared the results with those obtained using the traditional Surber-net sampling method. The number of genera was higher in Surbernet sampling (29) than in the eDNA analysis (20). The genus richness tended to decrease from headwater to downstream in eDNA analysis, whereas richness tended to decrease at sites with acid-sulfated sediment areas using Surber-net sampling. Through cluster analysis and non-metric multidimensional scaling, the sampling sites were differentiated into two parts: acid-sulfated and other sites using Surber-net sampling, whereas they were grouped into the two lowest downstream and other sites using eDNA sampling. To evaluate freshwater ecosystems using eDNA analysis in practical applications, it is necessary to constantly upgrade the methodologies and compare the data with field survey methods.

메타바코딩을 이용한 환경 DNA 분석은 검출 감도가 높아 어류의 생물다양성 평가 및 멸종위기종의 검출에 유용 한 기술이다. 이번 연구는 메타바코딩을 이용해 우리나라 담수어류를 대상으로 높은 검출 효율을 보일 수 있는 적합 한 분석방법을 확인하기 위해 4가지 분석조건별, 즉 필터 (cellulose nitrate filter, glass fiber filter), 추출 키트 (DNeasy® Blood & Tissue Kit, DNeasy® PowerWater Kit), 프라이머 조합 (12S rDNA, 16S rDNA) 그리고 PCR 방법 (conventional PCR, touchdown PCR)로 나타나는 Operational Taxonomic Units (OTUs) 수와 종 조성을 비교하였다. Glass fiber filter와 DNeasy® Tissue & Blood Kit를 이용해 추출한 시료는 12S rDNA와 16S rDNA 프라이머 조합에서 담수어류 OTUs가 가장 많이 검출되었다. 모든 분석조건 중 프라이머 조합에서만 조기어강 (Class Actinopterygii) 평균 OTUs 수에서 통계적으로 유의한 차이를 보였고 (Non-parametric Wilcoxon Signed Ranks Test, p=0.005), 담수어류 평균 OTUs 수는 유의하지 않았다. 종 조성 비교 결과 역시 프라이머 조합에서 유의한 차이를 보였고 (PERMANOVA, Pseudo-F=6.9489, p=0.006), 나머지 분석조건에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. NMDS 분석 결과 종 조성은 유사도 65% 기준에서 프라이머 조합에 따라 묶였고, 16S rDNA 프라이머 세트는 주로 멸종위기종인 모래주사 (Microphysogobio koreensis), 꼬치동자개 (Pseudogobio brevicorpus)가 기여하였고, 12S rDNA 프라이머 세트는 주로 일반종인 피라미 (Zacco platypus), 꺽지 (Coreoperca herzi) 등이 기여한 것으로 나타났다. 본 연구는 국내 하천에서 채취한 시료에 대한 메타바코딩을 이용한 종 다양성 분석의 기초정보를 제공한다.

환경유전자 (eDNA)는 다양한 환경 (수중, 토양, 대기)에 존재하는 생물체로부터 유래된 유전물질을 의미한다. eDNA는 높은 민감도, 짧은 조사시간 등 많은 장점들이 존재하며 이로 인해 생물 모니터링 및 유해생물과 멸종위기 생물을 탐색하는 분야에 다양하게 활용되고 있다. 이러한 eDNA 를 채집하기 위해서는 대상생물 및 대상유전자뿐만 아니라 현장 여과방법 및 eDNA 보존방법과 같이 매우 다양한 항목들을 고려해야 한다. 특히 환경에서 eDNA를 채집하는 방법은 eDNA 농도와 직결되는 항목으로서 적절한 채집방법을 사용하여 eDNA를 채집할 때 정확한 분석결과를 얻을 수 있다. 또한 현장에서 채집한 eDNA를 보존하고 추출하는 과정에서도 정확한 방법을 사용하였을 때 현장에 분포하는 eDNA의 농도를 정확하게 파악할 수 있다. 특히 eDNA 연구를 시작하는 연구자들에게 eDNA 분야는 초기 진입 장벽이 매우 높은 기술로서 이를 위한 기초 자료가 매우 절실하다. 본 연구에서는 본 연구는 eDNA가 수생태계를 연구하기 위한 도구로서 보다 널리 이용되며, eDNA를 이용하기 시작하는 연구자들에게 도움을 주고자 수생태계에서 eDNA를 채집하고 및 운반하는 방법과 실험실에서 eDNA를 추출하는 방법을 소개하고, 보다 간편하고 효율적인 eDNA 채집 도구와 방법을 제시하였다.

동물플랑크톤 군집 연구에 DNA 바코딩과 같은 DNA 분 석 기법의 적용은 분류형태학을 기반으로 하는 전통적인 종 동정 시 발생할 수 있는 문제 (e.g. 개체의 표현형 가소성에 의한 오동정, 유사종 및 자매종, 유생 시기의 종 동정의 어려움)를 보완할 수 있다. 최근 DNA 시퀀싱 기술의 발전으로 다양한 수생태계의 동물플랑크톤 군집은 물론, 육안 및 현미경을 통해 구분하는 데 한계가 있는 동물플랑크톤의 위 내용물에 대한 DNA 기반 군집 분석 또한 가능하게 되었으며, 이는 동물플랑크톤의 섭식 먹이원 분석을 통한 생물학적 상호 작용을 이해를 돕는다. 본 논문은 동물플랑크톤 연구에 DNA 분석 기법이 활용된 사례 (e.g. DNA 바코딩을 이용한 계통분 류학적 연구, 메타바코딩을 이용한 군집 분석, 위 내용물 분석)를 소개하고 분석 방법을 요약하여, 최종적으로 향후 이를 활용하고자 하는 연구자들에게 연구 접근성을 높일 수 있도록 방법론적인 기초 지식을 제공하고자 하였다.

국내 생태계의 환경유전자 적용도 가속화되고 있으나 생산된 데이터를 처리하고 분석하는데 한계를 느끼고 있으며, 분석 생산된 생물데이터의 신뢰성에 대한 의구심이 제기되기도 하고 시료 매체 (대상 시료, 물, 공기, 퇴적물, 위내용물, 분변 등) 간의 방법에 따른 차이와 분석 방법의 정량화와 개선 등이 필요한 상태이기도 하다. 따라서 국내 생태계의 환경 유전자를 활용한 생물다양성 연구의 신뢰성과 정확성을 확보하기 위해서는 생태분류학으로 축적된 데이터베이스를 적 극적으로 활용하여 검증 절차를 거치고, 유전자 서열 분석으로 높아진 데이터의 해상력을 전문가들이 검증하는 과정이 반드시 필요하다. 환경유전자 연구는 분자생물학적인 기술 적용으로만 해결될 수 없으며, 생산된 데이터의 신뢰성을 확보하기 위한 생태-분류-유전학-인포메틱스 등 학제 간의 연구 협력이 중요하며, 다양한 매체를 다루는 연구자들이 함께 접근할 수 있는 정보 공유 플랫폼이 절실한 분야이며, 발전의 속도도 급격하게 진행될 것이고 축적되는 데이터는 수년 내에 빅테이터로서 성장할 수 있을 것으로 기대된다.

Increasing the efficiency of HR (homologous recombination) is important for a successful knock-in. Rad51 is mainly involved in homologous recombination and is associated with strand invasion. The HR-related mismatch repair system maintains HR fidelity by heteroduplex rejection and repair. Therefore, the purpose of this study is to control Rad51, which plays a critical role in HR, through UV-induced DNA damage. It is also to confirm the effect on the expression of MMR related genes (Msh2, Msh3, Msh6, Mlh1, Pms2) and HR-related genes closely related to HR through treatment with the MMR inhibitor CdCl2. The mRNA expression of Rad51 gene was confirmed in both HC11 cells and mouse testes, but the mRNA expression of Dmc1 gene was confirmed only in mouse testes. The protein expression of Rad51 and Dmc1 gene increased in UV-irradiated HC11 cells. After 72 hours of treatment with 1 μm of CdCl2, the mRNA expression level of Msh3, Pms2, and Rad51 decreased, but the mRNA expression level of Msh6 and Mlh1 increased in HC11 cells. There was no significant difference in Msh2 mRNA expression between CdCl2 untreated-group and the 72 hours treated group. In conclusion, HR-related gene (Rad51) was increased by UV-induced DNA damage. Treatment of the MMR inhibitor CdCl2 in HC11 cells decreased the mRNA expression of Rad51.

동물플랑크톤이 식물플랑크톤을 선택적으로 섭식하는 특성에 대한 이해는 수생태계 먹이사슬 내의 물질 이동에 중요하다. 하지만 해부를 통한 위내용물 추출 방법은 소형 요각류를 대상으로 적용하기에는 적절하지 않고, 유전자가 유실되거나 위내용물이 아닌 개체 외부의 유전자로 인해 오염될 가능성이 존재한다. 본 연구에서 호내 식물 플랑크톤 조성 및 기타 환경이 상이한 두 지점을 선정하여 모든 지점에서 지속적으로 출현하는 기수성 요각류인 Sinocalanus tenellus를 대상으로 위내용물의 유전자 분석을 수행하였다. 요각류 개체 외부의 DNA를 제거하는 데 2.5%로 희석한 시판용 표백제(차아염소산나트륨 5.4%) 에 2분간 처리하여 증류수로 2회 세척한 뒤 유전자를 추출하였다. 추출된 유전자는 23S rRNA을 증폭하여 서열분석을 실시하였다. Capillary sequencing 분석 결과, 원수와 처리수 및 요각류 위내용물에서 다양한 분류군 (규조강, 녹조 강, 남조강, 와편모조강, 은편모조강, 황갈조강)에 속하는 식물플랑크톤이 검출되었으며, 새만금호 내 시공간 차이에 따라 상이한 경향을 보였다. 현미경을 이용하여 동정한 식물플랑크톤 군집 조성의 경우 규조강이 우점한 반면, 동일한 원수의 유전자 분석 (capillary sequencing) 결과에서는 주로 녹조강, 남조강 및 와편모조강이 우점하여 다소 상반된 경향을 나타냈다. 본 연구에서 적용한 위내용물 분석에 특화된 외부 유전자 제거 전처리 방법은 농도와 처리시간 조절 등의 응용방법에 따라 다양한 동물플랑크톤 분류군에 적용이 가능할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 DNA barcode 시험법을 이용하여 시중 유통 중인 도미와 옥돔 수산가공식품의 위변조현황을 분석하였다. 참돔 12건, 돌돔 4건, 황돔 7건, 감성돔 2건, 나일틸라피아 7건, 옥돔 6건, 옥두어 8건 총 46건의 시료에 대해 실험을 진행하였다. 생물 종 판별에 주로 이용되는 mitochondrial DNA의 COX I (cytochrome C oxidase subunit I) 유전자 영역을 분석하여 원재료의 종을 판정하였다. NCBI에서 제공하는 BLAST Search 프로그램을 이용하여 분석된 염기서열과 NCBI에 등록된 각각 어류의 유전자 염기서열을 비교하였다. 분석 결과 염기서열 상동 성(identity)이 97% 이상인 종을 원재료 종으로 판별하였다. DNA barcode 시험법을 이용해 시중 유통되는 참돔, 돌돔, 황돔, 감성돔, 나일틸라피아, 옥돔, 옥두 수산가공품 46건에 대해 조사한 결과 위변조 사례는 나타나지 않았다. 그러나 시장에서 통용되는 일반명칭과 식품공전에 기술된 표준명칭이 상이하여 소비자의 혼란을 야기할 수 있어 수산물 가공식품 표기에 일반명칭과 더불어 표준명칭 또는 학명을 같이 기술하여야 할 것으로 판단되었다.

본 연구에서는 민어과 수산물의 표준시료 DNA 염기서열을 분석한 후 DNA barcode 염기서열을 확정하고 검증한 후 시중 유통 중인 민어과 수산가공식품의 위변조 현황을 조사하였다. 표준시료의 미토콘드리아 cytochrome coxidase subunit I유전자를 증폭한 후 증폭된 PCR 산물의 염기서열을 분석하였다. 분석결과 종 판별에 특이적인 655 bp를 선정하여 DNA barcode 염기서열로 하였다. DNA barcode information과 primer set을 이용한 진위판별 정확성을 확인한 결과 PCR 증폭은 모두 확인되었다. NCBI에 등록된 각각 어류의 유전자 염기서열과 비교하였을 때 참조기 100%, 부세 100%, 보구치 100%, 민어 100%의 상동성을 나타내어 실험에 사용된 DNA barcode information 과 primer set의 정확성을 확인하였다. DNA barcode 시험 법을 이용해 시중 유통되는 민어과 수산가공품 32건에 대 해 조사한 결과 위변조 사례는 나타나지 않았다. 그러나 식품공전에 등재된 보구치 대신 백조기라는 일반명이 사용되고 있어 소비자에게 혼란을 야기하고 있었다. 따라서 수산가공품 원재료 표시에 일반명과 더불어 표준명 또는 학명을 표시하여야 할 것으로 판단되었다.