DNA barcode00대학교 00대학00과이름목 차제1장 서론제2장 본론1. DNA barcodePrinciple of DNA barcodeDNA barcoding in TaxonomyTypes of DNA barcode2. DNA MetabarcodingPrinciple of DNA MetabarcodingNGS technologies for DNA metabarcoding제3장 결론제4장 참고문헌제 1 장 서 론종의 분류와 식별은 과학자들에게 중요한 과제이다. 지구상에는 약 870만 종의 종이 있다. 동물의 경우 지구상에 있는 종은 777만 종으로 예측되지만 95만3434종만 식별된다[1]. 역사적으로 분류학자들은 형태학적 특징으로 종을 분류하고 식별하였다. 1000~1500만 종의 0.01%이상을 정확하게 분류할 수 있는 분류학자는 거의 없기 때문에 형태학적 종 분류법이 지속되기 위해서는 약 15,000명의 분류학자가 요구된다[2,3]. 또한, 형태학적 종 분류법을 이용하는 것에는 크게 4가지 한계점이 있다. 첫째, 종 식별에 사용되는 형태학적 유연성과 유전적 변동성은 부정확한 식별을 야기할 수 있다. 둘째, 이 분류법은 형태학적으로 불분명한 특징을 간과한다. 셋째, 형태학적 특징은 종종 성별에 대한 특정 성장 단계에만 유용하기 때문에 많은 생물을 식별할 수 없다. 마지막으로 형태학적 특징을 사용하면 잘못 분류, 식별하는 경우가 많아 고도의 전문지식이 요구된다[4]. 그래서 이러한 단점을 극복하면서 종을 분류하는 새로운 방법이 필요하게 되었다. 이 논문은 이러한 필요성에 의해 개발된 새로운 기술인 DNA barcoding의 원리와 활용 및 더 발전된 형태의 기술인 DNA metabarcoding에 대해 살펴보았다.제 2 장 본 론DNA barcode1)Principle of DNA barcodeDNA barcoding은 생명체가 가지고 있는 독특한 염기서열을 이용하여 다른 종과의 차이를 나타낼 수 있는 일종의 유전자 식별법(ID)이며, 이러한 종들을 식해 식별되어 98% 성공률을 보였다. 4개의 같은 속에 속하는 종들의 나비들은 0.6-2.0%의 낮은 divergence value를 갖지만 유전적으로 다르기 때문에 이 종들은 최근에 분화된 것으로 추정된다[5].몇몇 논평에 따르면 DNA barcoding은 새로운 종을 발견하는 것을 포함한 종의 연구에서 95%이상의 성공률을 보였다[11,14]. 하지만 모델 연구에서 이 기술은 새로운 종을 발견하는 것, 특히 한 종에서 미토콘드리아 DNA가 매우 분화되어 최근에 다른 종으로 분화하여 생긴 새로운 종을 발견하는 것을 실패하였다. 그러나 몇몇 사례에서 Crustaces, Diptera, Lepidoptera 같은 모호한 종들은 지리적, 생태학적 분포가 미토콘드리아 DNA의 분화와 최근의 종분화를 보인다[15]. 이러한 사례들은 실패가 아니라 추가적인 분류학적 분석이 필요하다는 것을 강조한다. DNA barcoding을 이용하여 Brown과 연구진은 Xenothicits의 새로운 종을 처음 발견했다. Armstrong과 Bell은 해충의 식별과 알려지지 않은 종들에 대해 DNA barcoding을 이용하는 것이 더 낫다는 것을 알아내었다[16]. Armstrong은 yellow peach moth, fall web worm, Lymantria에 대해 DNA barcoding을 진행했다[17]. 해충을 효과적으로 제어하기 위해 해충의 애벌레를 잘 식별하는 것이 중요하다. Turf grass를 해하는 Phyllophaga beetle 애벌레의 DNA barcoding이 진행되었다[18]. 비슷하게 Tokuda외 연구진은 일본의 장미에 피해를 주는 gall midge larvae를 식별하였다[19]. DNA nuclear 영역 H3, 형태학적 특징과 더불어 DNA barcode를 기반으로 한 연구가 남아프리카의 Cyrtophora 속의 다양한 종에 대해 행해졌다. Cyrtophora citricola는 유일하게 기록된 종이었으나 이 연구를 통해 Maleane 지역에 새결합 진화, 균에 의한 오염, 증폭 등의 문제를 가지고 있기 때문이다. 반면 2011년 China Plant BOL group은 ITS를 식물 핵심 barcode로 보았다. ITS의 단점을 보완하기 위해 증폭과 염기 서열 결정에서의 문제를 줄인 ITS2가 개발되었다. 현재 ITS2는 새로운 핵심 DNA barcode로 이용되고 있다[34].엽록체를 기반으로 하는 다양한 barcode marker들이 개발되고, 핵심 DNA barcode와 더불어 사용되고 있다. 이러한 예로는 ndhF, rpoB, rpoC1, atpF-atpH, psbK-psbI, ycf1, ycf5 등이 있다. DNA barcode가 단일 좌위에서 변화를 보이기 때문에 식물의 DNA barcode를 분석할 때 충분한 역량을 보이기 힘들 때가 있다. 그래서 더 효율적인 multi-locus를 이용하는 방법들이 제안되었다. 예를 들어 rbcL+tenH-psbA, rpoC1+rpoB+matK+matK+tenH-psbA 같이 DNA code의 다른 부분들이 종간 집단을 이룰 수 있다. CBOL Plant Working Group는 2009년 matK+rbCL barcode를 같이 분석하는 것을 권고했다.Figure 1 Circular gene map of the Aconitum species* Location of Core DNA barcode in chloroplast genome [42].균류, 원생생물균류의 경우 internal transcribed spacer(ITS)가 표준 DNA barcode로 고려되고 있다. 원생생물은 다른 유전적 marker들이 다른 집단에 이용된다. 마커에는 5’말단에 있는 D1-D2/D2-D3, 리보솜의 ITS1/ITS2, 미토콘드리아의 CO1, ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase (rbcL), chloroplastic 23S rRNA와 spliced leader RNA 유전자가 있다. CBOL ProWG (Cons이용한 영양학적 분석, 야생동물의 불법적 거래 추적에도 활용된다. 더 나은 DNA barcode를 찾기 위한 연구는 계속되고 있다. 이러한 연구를 통해 DNA barcoding 기술의 정확도가 높아지고, 활용 분야가 확장될 것으로 기대된다.References1.Mora, Camilo, Derek P. Tittensor, Sina Adl, Alastair G. B. Simpson, and Boris Worm. “How Many Species Are There on Earth and in the Ocean?” PLoS Biology 9, no. 8 (2011).2.Hammond, P. 1992 Species inventory. In Global biodiversity: status of the earth’s living resources (ed. B. Groombridge), pp. 17–39. London: Chapman & Hall.3.Hawksworth, D. L. & Kalin-Arroyo, M. T. 1995 Magnitude and distribution of biodiversity. In Global biodiversity assess-ment (ed. V. H. Heywood), pp. 107–191. Cambridge Uni-versity Press.4.Hebert, P., Cywinska, A., Ball, S. & deWaard, J. 2003. Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 270: 313-321.5.Hebert P, Ratnasingham S, deWaard JR. (2003). Barcoding animal life: Cytochrome c oxidase subunit 1 divergences among closely related species. PrVan der Meijden A, Chiari Y, Vieites DR. (2004). Performance of 16S rRNA in DNA barcoding of amphibians. Integr Comp Bio l44:657–657.23.Hajibabaei M, Singer GAC, Hebert PDN, Hickey DA. (2007). DNA barcoding: How it complements taxonomy, molecular phylogenetics and population genetics. Trends Genet 23:167–72.24.Nijman V, Aliabadian M. (2010). Performance of distance-based DNA barcoding in the molecular identification of Primates. C R Biol. 333: 11–6.25.Nicolas V, Schaeffer B, Missoup AD, Kennis J, Colyn M, Denys C, Tatard C, et al. (2012). Assessment of three mitochondrial genes (16S, Cytb, CO1) for identifying species in the Praomyini tribe (Rodentia: Muridae). PLoS One. 7:e36586. doi:10.1371/journal.pone.0036586.26.Blaxter ML. (2004). The promise of a DNA taxonomy. Philos Trans R Soc Lond, B, Biol Sci 359:669–79.27.Skerratt LF, Campbell NJH, Murrell A, Walton S, Kemp D, Barker SC. (2002). The mitochondrial 12S gene is a suitable marker of populations of Sarcoptes scabiei from wombats,iv
