A new fumigant, carbonyl sulfide (COS), has potential for use as a replacement for methyl bromide, yet its mechanism of toxicity to insects remains poorly understood. In this study, transcriptome analysis was performed on Tribolium castaneum malpighian tubules and fat bodies, which are known to play an essential role in energy storage and utilization in insect species. In total, upon exposure to COS, 3,034 and 2,973 genes were differentially expressed in the T. castaneum malpighian tubules and fat body, respectively. These differentially expressed genes comprise a significant number of detoxification-related genes, including 105 P450s, 18 glutathione S-transferases (GSTs), 82 ABC transporters, 25 UDP-glucosyltransferases and 42 carboxylesterases and mitochondrial–related genes, including 9 complex Ⅰ genes, 2 complex Ⅱ genes, 1 complex Ⅲ gene, 9 complex IV genes, 8 complex V genes from both malpighian tubules and fat body tissues. Moreover, KEGG analysis demonstrated that the upregulated genes were enriched in xenobiotic metabolism by ABC transporters and drug metabolism by other enzymes. We also investigated the role of carbonic anhydrases (CAs) in toxicity of COS using dsRNA treatment in T. castaneum. These results show that CA genes have a key role in toxicity of the COS. Furthermore, the results of transcriptomic analysis provide new insights into the insecticidal mechanism of COS fumigation against T. castaneum and eventually contribute to the management of this important stored grain pests.

The onion thrips, Thrips tabaci, is a serious global pest attacking many agricultural crops such as onion and Welsh onion. The thrips, assumed to originate in the Mediterranean region, has been reported for a long time in South Korea. According to worldwide molecular works, the species composes of three genetic lineages (LI, L2 and T) which related to reproductive mode (arrhenotoky vs. thelotoky). To understand the genetic diversity of T. tabaci in South Korea, we investigated genetic lineage and haplotype composition, using about 80 mitochondrial COI gene sequences (369bp) along with foreign sequences from GenBank and BOLD. The COI gene analysis shows that both of thelotokous L1 and arrhenotokous L2 population distribute in South Korea. Among 97 COI-haplotypes worldwide, only six haplotypes are found and thelotokous H1 dominantly distributes.

To understand the role of small heat shock protein (sHSPs) in rice plant response to various stresses such as the heat and oxidative stresses, a cDNA encoding a 24.1 kDa mitochondrial small HSP (Oshsp24.1) was isolated from rice by rapid amplification of cDNA ends (RACE) PCR. The deduced amino acid sequence shows very high similarity with other plant small HSPs. DNA gel blot analysis suggests that the rice genome contains more than one copy of Oshsp24.1. High level of expression of Oshsp24.1 transcript was observed in rice seedlings in response to heat, methyl viologen, hydrogen peroxide, ozone, salt and heavy metal stresses. Recombinant OsHSP24.1 protein was produced in E. coli cells for biochemical assay. The protein formed oligomeric complex when incubated with Sulfo-EGS (ethylene glycol bis (succinimidyl succinate)). Our results shows that Oshsp24.1 has an important role in abiotic stress response and have potential for developing stress-tolerant plants.

In this study, we developed 11 microsatellite markers specific to A. crataegi using NGS to investigate the genetic relationships of A. crataegi populations from South Korea to circumferential Asian countries (China, Russia, Mongolia, and Japan). Further, two mitochondrial DNA (mtDNA) gene segments (COI and CytB) were sequenced from the samples. The population- and individual-based Principal Coordinates and STRUCTURE analyses collectively suggested that the South Korean population of A. crataegi is most differentiated from the Japanese population, whereas it was closer to Mongolian and Chinese populations. These results collectively suggest that northern populations, in particular, Mongolian populations can be considered as the most genetically compatible one as donee population, when the reintroduction program is launched. †These authors contributed equally to this paper.

The black-veined white, Aporia crataegi (Lepidoptera: Pieridae), which is distributed mainly in Eastern Asia is presumed to be extinct in South Korea, only with some numbers of dried specimens left, whereas the species is found casually in circumferential countries. One of the common conservation practices for such species is to launch introduction program, but prior population genetic analysis between donor and donee populations might be essential for long-term conservation. In this study, we developed 11 microsatellite markers specific to A. crataegi using Illumina paired-end sequencing to investigate the genetic relationships of A. crataegi populations from South Korea and circumferential Asian countries (China, Russia, Mongolia, and Japan). Further, two mitochondrial DNA (mtDNA) gene segments (COI and CytB) were sequenced from the samples. The population- and individual-based Principal Coordinates and STRUCTURE analyses collectively suggested that the South Korean population of A. crataegi is most differentiated from the Japanese population, whereas it was closer to Mongolian and Chinese populations. The STRUCTURE analysis based on two concatenated mtDNA gene sequences also supported different genetic composition of Japanese population from the remaining populations including that of South Korea and rather similar genetic composition between the populations of South Korea and Mongolia. These results collectively suggest that northern populations, in particular, Mongolian populations can be considered as the most genetically compatible one as doner population, when reintroduction program is launched.

A colony of Solenopsis invicta was first intercepted on Gamman pier, Pusan port in Korea at September, 2017 by Animal and Plant Quarantine Agency. The mitochondrial DNA (mt-DNA) of workers was analyzed and compared with vary libraries of mt-DNA haplotypes to elucidate the origin of the introduced colony with the trade pattern of the Gamman pier. The mt-DNA fragment of 768 bp, which is part of the Cytochrome oxidae I gene, was amplified and sequenced. The results showed that the mt-DNA was in the clade of haplotype 5, which is endemic in southern USA, China, Taiwan, and Australia. More than 60% of containers are imported from China into Gamman pier, it may be possible to assume that the colony was inadvertently invaded through containers from China.

담배가루이는 경제적으로 매우 중요한 농업 해충들 중의 하나이며, 전세계적으로 40개 이상의 종들로 구성된 종복합군(species complex) 으로 알려져 있다. 본 연구에서는 담배가루이 종복합군의 유전적 변이와 구성하는 종들의 수를 550개의 COI 염기서열들을 바탕으로 재평가하였 다. 담배가루이의 유전적 변이는 0% - 27.8%이며(평균 11.1%), 이는 담배가루이 종복합군이 서로 다른 속들 혹은 아과들에 속하는 다양한 종들 로 구성되어 있음을 나타낸다. 217개 COI 염기서열들을 바탕으로 분석된 계통수는 담배가루이 종복합군이 잠재적인 신종(Java)을 포함한 43개 종들로 구성되어 있고, 이 가운데 9종(Australia, Asia II 1, Asia II 6, Asia II 7, Asia II 10, Mediterranean, New world, New world 2, Sub Saharan Africa 1)의 종내 유전적 변이는 기존의 종구분 한계인 4.0%가 담배가루이 종복합군의 종들을 구분하는데 적합하며, 높은 종내 유전변이를 보이 는 종들은 은밀종과 관련이 있을 것으로 판단된다.

The Japanese oak silkmoth, Antheraea yamamai Guérin-Méneville 1861 (Lepidoptera: Saturniidae), is one of the important natural resources possessing industrial value for silk fiber production. In this study, ten microsatellite markers and two mitochondrial DNA (mtDNA) gene sequences (COI and ND4) were used to investigate the genetic variation and geographic structure of A. yamamai populations in South Korea. Two mtDNA gene sequences revealed very low total genetic variation and resultant low geographic variation, validating to use further variable molecular markers. Population-based FIS, FST, RST, and global Mantel test consistently support that A. yamamai populations are overall well interconnected with a relatively high gene flow. Nevertheless, STRUCTURE analysis using microsatellite data and mtDNA sequences coincidently indicate the presence of two genetic pools in many populations.

한국 및 그 인근에 서식하는 매미나방의 개체군 구조 분석을 수행하였다. 한국 및 러시아의 33개 지역 중 샘플이 채집된 32개 지역 960 개체를 대상으로 COI gene 서열을 분석하였으며, 이 중 서열이 확보된 906개체(n=20~30)를 이용하여 개체군 구조를 분석하였다. 그 결과, 전체 개체에 대한 haplotype diversity는 0.6774±0.0144으로 나타났는데, 33번 지역(러시아)이 0.3034 ± 0.1041로 가장 낮았고, 25번 지역이 0.8128±0.0648로 가장 높았다. 전체 개체에 대한 nucleotide diversity는 0.016701±0.012517로 나타났는데, 2번 지역이 0.005875±0.006619로 가장 낮았고, 25번 지역이 0.027003±0.018376으로 가장 높았다. Fst pairwise distance를 이용한 개체군 구조 분석 결과, 러시아를 비롯한 한국 내 분포하는 매미나방은 2개의 계통이 존재하는 것으로 나타났으며, 이에 대한 F-statistic value는 계통 간(Fct)에는 0.27066 (P=0.00000), 각 계통 내의 개체군 간(Fsc)에는 0.01174 (P=0.00489), 전체 개체군 간(Fst)에는 0.27922 (P=0.00000)으로 나타나 각 계통 간의 유전적 격리가 있음을 확인할 수 있었다. Median joining network에서도 한국의 남부지역에서만 나타나는 haplotype이 확인되었다. 이로 볼 때, 한국 내로의 매미나방 개체군의 형성은 크게 2가지 경로로 이루어진 것으로 사료되었다. mismatch analysis를 통해 각 계통에 대한 demographic history를 추론하였다. 그 결과, 러시아를 비롯한 한국 중부 지역의 개체군은 약 35,000년 전(34,782 (18826~54652) generation time)에 sudden expansion이 있었던 것으로 나타났으며, 지리적 거리와 유전적 거리의 상관관계를 나타내는 mentel's test에서도 지리적 거리가 증가함에 따라 유전적 거리도 증가하는 것으로 나타났다. 남부 지역 개체군은 약 48,000년 전(47,826 (35,478~66,652) generation time)에 확산이 일어난 것으로 나타났다. 다만, 남부지역 개체군의 경우, mentel's test에서 지리적 거리와 유전적 거리의 상관관계가 반비례하는 것으로 나타났으며, 남부지역에만 나타나는 haplotype은 NCBI GenBank Blast search 결과, 한국 내에만 분포하는 유전자형으로 나타나 유전적 병목현상이 발생했을 가능성이 있을 것으로 추론되었다. 그러나 이에 대한 분석은 추후 Mitochondrial control region이나 Microsatellite loci의 분석을 통해 확증할 예정이다. 결과적으로 한국 및 인근 지역의 매미나방 개체군 구조 분석을 통해 지역 개체군간의 관계를 밝힘과 분산에 대한 가설을 제공함으로서 유사한 양상을 나타내는 곤충 종에 대한 한국 내에서의 개체군 형성 모델을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

The phylogenetic relationships of species and genera in the subfamily Nymphalinae from Myanmar were inferred using mtDNA sequence data from 608 bp of cytochrome oxidase subunit I (COI). A total of 20 species in 10 genera were sequenced and used to construct phylogenetic trees. The base composition of COI sequences was 38.1% T, 15.6% C, 31.6% A, 14.7% G, revealing strong AT bias (69.7%). The sequence distance of 20 species of Nymphalinae ranged from 1.5% to 15.5%. The transition of nucleotide substitution was more common than transversion. The transition between T and C were higher than transition between A and G, and the transversion between A and T was the highest amongst other types of transversion. The phylogenetic trees were constructed using the neighbor-joining (NJ) and maximum likelihood (ML) methods and showed almost identical topologies. The results indicated that the tribes Junoniini and Nymphalini (sensu Wahlberg et al., 2005) formed monophyletic groups but Kallimini was not monophyletic group. Rhinoplapa polynice formed sister group to Junoniini clade with moderate support in both trees. The relationship of species in Junoniini was ((Junonia + Yoma) + Hypolimnas) and the relationship in Nymphalini was (Symbrenthia + (Vanessa + (Kaniska + Polygonia))). The clustering results were almost identical to current morphological classification.

We newly sequenced mitochondrial genomes of Spodoptera litura and Cnaphalocrocis medinalis (Lepidoptera) to obtain further insight into mitochondrial genome evolution and investigated the influence of optimal strategies on phylogenetic reconstruction of Lepidoptera. Estimation of p-distances of each mitochondrial gene for available taxonomic levels has shown the highest value in ND6, whereas the lowest values in COI and COII at the nucleotide level, suggesting different utility of each gene for different hierarchical group when individual genes are utilized for phylogenetic analysis. Phylogenetic analyses mainly yielded the relationships (((((Bombycoidea + Geometroidea) + Noctuoidea) + Pyraloidea) + Papilionoidea) + Tortricoidea), evidencing the polyphyly of Macrolepidoptera. The tests of optimality strategies, such as exclusion of third codon positions, inclusion of rRNA and tRNA genes, data partitioning, RY recoding approach, and recoding nucleotides into amino acids suggested that the majority of the strategies did not substantially alter phylogenetic topologies or nodal supports, except for some familial relationship only in the amino acid dataset.

남생이(Mauremys reevesii)는 거북목 남생이과의 담수환 경에 서식하는 동물로서, 우리나라의 멸종위기야생동․식물 II급 및 천연기념물 453호로 지정되어 보호 받고 있다. 환경 부, 국립공원관리공단 및 지자체 등에서 남생이 복원 사업 이 진행되고 있지만, 남생이의 서식현황, 행동권 연구 등 기초적인 생태, 행동에 관한 연구는 일부 수행되고 있으나, 복원사업의 토대인 유전적 계통분류에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 우리나라 남생이의 계통분류학적 위치 를 정립하고 복원사업의 토대를 마련하고자 국내에서 2개 지 역에서 포획된 남생이(n=2)를 대상으로 mtDNA cytochrome b 유전자 분석을 수행하였다. 남생이의 분포는 한반도, 중국 지역이며, 최근에는 대만, 홍콩, 일본, 인도네시아, 팔라우, 티모르섬에 인위적 도입으로 인한 자연 내 집단이 형성되어 있다. 일본에 서식하는 남생이는 도입종으로서 현재 일본 남 부 지방에 산재하여 서식하고 있으며, 18c 후반 한국에서 도입 된 것으로 추정되고 있다. 현재 남생이과(family Mauremys) 의 6종은 M. annamensis, M. japonica, M. mutica. M. nigricans, M. reevesii, M. sinensis이며 이들 6종간 서식처 의 유사성과 사람에 의한 인위적 도입에 따른 혼재에 의해 타종간 교배가 비교적 자유롭게 이루어지고 있어 한국에 서식하는 남생이의 유전자 분석을 통한 계통학적 위치 및 유전자 다양성의 파악이 필요하다. DNA 염기서열 분석은 많은 동물군의 계통관계 재검토 및 종과 유전자 보전을 위한 보전생물학의 연구에 중요한 자료가 되며, 미토콘드리아 DNA는 근연한 분류군이나 개 체군 내의 다양성 연구에 적합한 마커로 사용되고 있다. 본 연구에서는 한국에 서식하는 남생이의 분류학적 위치를 확 인하기 위해 cytochrome b 부분염기서열을 파악하였으며, Genbank의 염기서열과 비교하였다. 본 연구를 위해 전라남도 영암군 군서면 도갑면 도갑저수 지에서 포획된 1개체와 경상남도 산청군에서 포획된 1개체 총 2개체의 혈액 샘플에서 total DNA를 추출하였으며, PCR을 위한 primer로는 mtA, H15906을 사용하였고, PCR 조건은 40cycle, 95℃ 1min, 50℃, 72℃ 2min으로 수행하 였으며 ABI3730XL에 의해 980bp의 염기서열을 얻었다. 남생이의 타종간 교배를 확인하기 위 해 Genbank에 있는 남생이 속 내 다른 5종의 염기서열(M. annamensis (AY434564), M. japonica (AB559253), M. mutica (AY434628), M. nigricans (AJ519500), M. sinensis(AY434615))과 비교하 였다. Outgroup은 Cuora aurocapitata를 사용하였다. 염기 서열 alignment, 변이 사이트의 확인, 모델 선택, phylogenetic tree 구성을 위해 Mega5.2의 Jukes-Cantor (JC) 모델을 사 용하여 neighbor-joining tree를 만들어 비교 하였다. 남생이의 cytochrome b 960bp 결과와 Genbank에 있는 남생이 cytochrome b 960bp를 발췌해 함께 분석 한 결과 남생이 종 내의 변이 사이트는 총 13사이트 발견되었다. neighbor-joinging tree 결과 총 3clade로 나타났으며, 도갑 저수지의 1개체는 Gp1에 속하는 것으로, 경남 산청군의 1 개체는 Gp2에 속하는 것으로 확인되었다. 본 연구에서 나타난 3clade의 확인을 위해서 suzuki등이 2011에 발표한 논문과 비교한 결과 한국 서천에서 채집된 개체가 포함된 한반도 그룹에 도갑저수지의 개체가 포함되 는 것으로 나타났고, 경남 산청의 개체는 중국 그룹에 포함 되는 것으로 확인되었다. 본 연구의 도갑저수지 개체가 한 반도 그룹에 포함되어 한반도 고유종으로 판단할 수 있는 토대를 마련하였지만 샘플 수가 많지 않아 향후 한반도의 고유종에 대한 분류학적 위치를 조명하기 위해서는 남생이 샘플의 추가 확보는 물론 한국 내 권역별 샘플 확보와 더불 어 더 많은 마커의 분석이 필요할 것으로 판단된다.