1. 서 론

Desmodesmus (Chodat) S.S. An, T. Friedl & E. Hegewald는 담수생태계에 흔히 분포하는 군체성 뗏목말과 (Scenedesmaceae Oltmanns) 녹조류이다 (Prescott 1962;Hegewald and Silva 1988;Kim 2015a). 본 속은 세포벽 미세구조 (4개로 구성된 sporopolleninic wall layers 및 최외곽 sporopolleninic layer상 특유 장식 구조) 및 세포 돌기 (spines)를 가지며 (Hegewald 1978), ITS-2 rDNA 2차 구조적 특징 (An et al. 1999)을 기준으로 Scenedesmus Meyen (뗏목말속)와 구분된다. Desmodesmus속 내 종 식 별형질 (세포 배열 및 형태, 세포벽 구조, 돌기, 미세구조 등 외부 형태)은 분포 환경의 영향을 받을 수 있으며 종간 뚜렷한 구분이 어려워 (Trainor and Egan 1990;Trainor 1998) ITS-2 rDNA 염기서열 비교를 통한 종 구분이 이루어지고 있다 (Hegewald 2000;Van Hannen et al. 2002;Johnson et al. 2007;Kim 2015a).

핵 유전자 small subunit ribosomal RNA (18S rRNA) 염기서열 자료는 뗏목말을 포함한 다양한 녹조류의 계통 연구에 이용되었으며 (e.g., Lewis 1997), 특히 ITS-2 rDNA 자료는 뗏목말과 속 및 종간 (Coelastrum속, Comasiella속, Desmodesmus속, Pectinodesmus속 및 Scotiellopsis속) 계통연구 (Hegewald et al. 2010;Kaufnerová and Eliáš 2013)와 Desmodesmus속 및 뗏목말속 종 구분 기준 (Jeon et al. 2006;Johnson et al. 2007) 등으로 이용되었다. 그러나 유전적 다양성이 잘 알려지지 않은 뗏목말속과 Desmodesmus속 종의 동정에 18S rRNA와 ITS-2 같은 보존적인 유전자 정보를 이용한 결과는 제한적인 결과를 보여줄 수 있다. 최근 뗏목말과 연구에서는 색소체 rbcL, tufA, 16S rRNA 등 다유전자 자료를 이용한 주요 종 [Scenedesmus quadricauda (Turpin) Brébisson, Tetradesmus deserticola L.A. Lewis & Flechtner, 및 T. obliquus (Turpin) M.J. Wynne 등]의 DNA barcoding도 시도되고 있다 (Zou et al. 2016;Mai et al. 2023). 따라서, 형태적 가변성으로 종 동정이 어려운 뗏목말과 미세조류의 분류 및 계통관계 연구를 위한 다양한 유전자 분석의 시도가 필요하다 (Zou et al. 2016).

전 세계 뗏목말과 녹조류는 단세포에서 군체성에 이르는 다양한 형태로, 3개 아과 (Coelastroideae, Desmodesmoideae 및 Scenedesmoideae) 40속 약 380종을 포함 하는데 이 중 뗏목말속 (159종)과 Desmodesmus속 (66종) 이 가장 잘 알려져 있다 (Guiry and Guiry 2023). 우리나라의 뗏목말과는 3아과 17속 119종이 알려져 있으며, 뗏목말속 38종 Desmodesmus속 38종 등을 포함한다 (Lee and Kim 2015;Guiry and Guiry 2023; Supplementary Table S1). 우리나라 뗏목말과 녹조류의 다양성에 관한 연구는 주로 신종 또는 미기록종 기재를 중심으로 수행되었다 (Shin et al. 2013;Kim 2015b;Bang et al. 2018). 예를 들어, Desmodesmus abundans (Kirchner) E.H. Hegewald (이명 Scenedesmus nanus Chodat으로 발표됨), D. costato-granulatus (Skuja) Hegewald, D. lunatus (West & G.S. West) E. Hegewald, D. multicauda (Masjuk) P.M. Tsarenko, D. spinulatus (Biswas) E. Hegewald 등 각 종의 외 부형태 및 분포지 생태정보를 포함한 분류학적 기재가 지속되고 있으나, 새로운 분자마커의 개발 및 다유전자 정보 분석을 통한 계통관계 연구는 매우 미비하다. 본 연구는 국립낙동강생물자원관 담수생물자원은행이 보유한 우리나라 Desmodesmus속 녹조류 25종 70배양주를 대상으로, 4개 분자마커 (색소체 petA, rbcL, tufA 및 핵 18S rRNA) 정보를 비교분석하고, 대상종 간 유연관계 추론을 목표로 한다.

2. 재료 및 방법

2.1. 배양주 확보 및 형태관찰

본 연구를 위한 Desmodesmus속 70개 배양주는 국립 낙동강생물자원관 담수생물자원은행 (FBCC; https://fbp. nnibr.re.kr/fbcc/)으로부터 분양받았다 (Table 1). 모든 배양주는 멸균한 3차 증류수와 Bold Modified Basal 배지 (50× liquid; Sigma-Aldrich, Burlington, MA, USA)를 49 : 1로 배합한 배양액을 이용하여 기본 배양조건 (light/ dark 16 : 8 및 20°C)에서 유지하였다. 각 배양주의 형태 는 400~1,000배율의 광학현미경 (Axio Imager A2; Carl Zeiss, Oberkochen, Germany)을 이용하여 관찰하였으며, AxioCam HRC 카메라 (Carl Zeiss, Oberkochen, Germany) 로 촬영하였다.

2.2. 유전자 정보 확보 및 계통분석

2~3주 동안 충분히 자란 배양주는 원심분리하여 약 0.005~0.5467 g의 세포를 확보하였다. Total genomic DNA 추출에는 LaboPass^TM Tissue Genomic DNA Isolation Kit Mini (Cosmogenetech, Seoul, Korea)를 사용하였다. 추출한 genomic DNA의 순도 및 농도는 Nanodrop^TM One Spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하여 측정한 후 -20°C에서 보관하였다. 핵 유전자 18S rRNA, 색소체 유전자 atpB (ATP synthase CF1 beta subunit), petA (cytochrome f), rbcL (ribulose- 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit) 및 tufA (elongation factor Tu)의 증폭 및 시퀀싱을 위해 새로운 프라이머를 제작하였다 (Table 2). 각 유전자의 증폭 과정은 AccuPower^® PCR PreMix (Bioneer, Daejeon, Korea)를 사용하여 최종 부피 20 μL로 PCR 반응하였다. PCR 반응은 최초 95°C에서 3분간 pre-denaturation 한 후, 95°C에서 30초간 denaturation, 48~54°C에서 30초간 annealing, 72°C에서 1분간 extension하는 과정을 30회 반 복한 후 72°C에서 5분간 final-extension으로 반응을 종결 하였다. PCR 증폭산물의 정제는 Applied Biosystems^TM ExoSAP-IT^TM Express PCR Product Cleanup Reagent (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)을 이 용하였다. 시퀀싱은 (주)바이오닉스 (BIONICS, Seoul, Korea)에서 제공하는 Sanger 시퀀싱 서비스를 이용하였다. Geneious Prime v.2023 (http://www.geneious.com; Biomatters, Auckland, New Zealand)을 사용하여 정방향 및 역방향 electropherograms을 확인하며 불확실한 서열을 제거한 뒤 consensus sequence를 결정하였다. 새로운 유전자 서열은 모두 GenBank에 등록하였다 (Table 1).

핵 18S rRNA의 정렬은 Geneious Prime v.2023의 Clustal Omega (-t RNA 옵션)를, 색소체 atpB, petA, rbcL 및 tufA의 정렬은 아미노산 서열 (Translation alignment, hypothetical translation with transl_table 11 옵션)을 기준으로 정렬하였으며 정렬 결과는 직접 검토 및 교정하였다. 최적의 계통수 구축을 위해 18S rRNA와 rbcL 유전자 의 intron 및 정렬이 불명확한 부위 (ambiguous positions) 는 제거하였다. 계통분석은 maximum-likelihood (ML) 방법을 적용하는 RAxML v.8.1.12 (Stamatakis 2014) 프로그램을 이용하였다. 개별 및 유합 자료를 이용한 최적의 계통 수 구축에 사용한 RAxML 옵션은 ‘- f a’ 이며 각 유전자별 GTR+GAMMA (rate heterogeneity) 진화모델을 적용하였다 (- q 옵션). 각 node의 단계통성은 1,000회의 bootstrap (- # 1000 옵션)으로 검증하였다. 최적의 계통수 (ML phylogeny)와 각 node의 MLBt (ML bootstrap support value)는 FigTree v.1.4.4 (Rambaut 2010)를 이용하여 가시화하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 한국산 Desmodesmus속 녹조류 종 목록 및 기재

우리나라 뗏목말과 녹조류 (3아과 17속 119종; 국가생 물종목록 기준; Supplementary Table S1) 중 Algaebase의 분류체계 및 이명 정보를 반영한 Desmodesmus속은 29종 9변종이다. 이 중 FBCC 배양주 Desmodesmus속 9종 1변종의 종명, 이명, 형태 및 채집 정보를 다음과 같이 정리하였다.

Phylum Chlorophyta

Class Chlorophyceae

Order Sphaeropleales

Family Scenedesmaceae

Genus Desmodesmus (R. Chodat) S.S. An, T. Friedl & E. Hegewald

Desmodesmus abundans (Kirchner) E.H. Hegewald 2000 (FBCC-A975, Fig. 1A)

■ 기본명

Scenedesmus caudatus f. abundans Kirchner

■ 이명

Scenedesmus caudatus var. minor Kützing 1849

Scenedesmus quadricauda f. abundans (Kirchner) Lagerheim 1882

Scenedesmus caudatus var. abundans (Kirchner) Wolle 1887

Scenedesmus quadricauda var. abundans (Kirchner) Hansgirg 1888

Scenedesmus abundans (O. Kirchner) Chodat 1913

Scenedesmus sempervirens Chodat 1913

Scenedesmus nanus Chodat 1913

Scenedesmus quadrispina Chodat 1913

Scenedesmus spinosum f. solutus Chodat 1913

Scenedesmus opoliensis var. abundans Printz 1914

Scenedesmus quadricauda var. quadrispina (Chodat) G.M. Smith 1916

Scenedesmus quadricauda var. parvus G.M. Smith 1916

Scenedesmus rostratospinosus Chodat 1926

Scenedesmus parvus (G.M. Smith) Bourrelly 1952

Chlorella fusca Shihira & R.W. Krauss 1965

Scenedesmus bellospinosus Hortobágyi 1967

Scenedesmus fuscus (Shihira & R.W. Krauss) E.H. Hegewald 1982

Desmodesmus opoliensis var. abundans (Printz) Taşkin & Alp 2019

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 377, pl. 127, fig. 8; Komárek and Fott 1983, p. 915, pl. 246, fig. 6; John et al. 2011, p. 439, pl. 104, fig. E, pl. 111, fig. D.

■ 형태정보

군체는 2, 4개 또는 8개의 세포가 모여 형성되며, 일렬 또는 약간 교차하여 배열된다. 세포는 둥근 원통형 또는 넓은 난형이며, 세포의 양 끝은 둥글다. 외측 세포의 양 끝에 약간 휘어진 긴 강모가 있으며, 내측 세포의 양 끝에 불규칙 적으로 짧은 강모가 있다. 세포의 길이는 7~10 μm이며, 폭 은 2.5~4 μm이고, 강모의 길이는 4~6 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 연못이나 호수, 저수지 등의 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983;John et al. 2011), 본 연구의 배양주는 2018년 5월 24일 충청북도 충주시 가금면 가흥리 봉황교 (37°4′58.6″N, 127°50′5.8″E) 담수역에서 출현하였다.

Desmodesmus armatus (Chodat) E.H. Hegewald 2000 (FBCC-A872, Fig. 1B)

■ 기본명

Scenedesmus hystrix var. armatus Chodat 1902

■ 이명

Scenedesmus caudatus var. apiculatus Kützing 1849

Scenedesmus caudatus var. major Kützing 1849

Scenedesmus hystrix f. armatus (Chodat) Volk 1906

Scenedesmus armatus (Chodat) Chodat 1913

Scenedesmus armatus var. chodatii G.M. Smith 1916

Scenedesmus quadricauda f. spiralis Printz 1916

Scenedesmus longus f. arcuatus O. Borge 1921

Scenedesmus quadricauda var. papillatus Svirenko 1924

Scenedesmus armatus f. granulatus Deflandre 1924

Scenedesmus quadricauda var. dentatus Dedusenko 1925

Scenedesmus acutiformis var. quadricauda Proshkina-Lavrenko 1925

Scenedesmus quadricauda var. monospina Dedusenko 1925

Scenedesmus armatus var. smithii Chodat 1926

Scenedesmus ellipsoideus Chodat 1926

Scenedesmus armatus var. indicus Chodat 1926

Scenedesmus quadricauda var. asymmetricus Liebet. 1926

Scenedesmus quadricauda var. arcuatus Y.V. Roll 1927

Scenedesmus helveticus var. muzzanensis Huber-Pestalozzi 1929

Scenedesmus hunanensis C.-C. Jao 1940

Scenedesmus westii var. heterospinosus Hortobágyi 1940

Scenedesmus mirandus Hortobágyi 1947

Scenedesmus armatus f. semicostatus Hortobágyi 1949

Scenedesmus quadricauda var. spinosus Dedusenko 1949

Scenedesmus armatus f. quadrispinosus Bourrelly 1952

Scenedesmus quadricauda var. helvieticus (Chodat) Dedusenko 1953

Scenedesmus armatus f. major Uherkovich 1956

Scenedesmus quadricauda var. ellipsoideus (Chodat) M.-B. Florin 1957

Scenedesmus mirus Hortobágyi 1959

Scenedesmus maculosus Hortobágyi 1959

Scenedesmus decorus Hortobágyi 1959

Scenedesmus scutatus Hortobágyi 1959

Scenedesmus columnatus f. heterospinosus Hortobágyi 1959

Scenedesmus maculosus f. obtusospinosus Hortobágyi 1959

Scenedesmus thomassonii Hortobágyi 1959

Scenedesmus quadricauda f. granulatus Hortobagyi 1960

Scenedesmus sooi var. tiszae Uherkovich 1960

Scenedesmus carinatus f. deflexus Hortobágyi 1960

Scenedesmus speciosus Hortobágyi 1960

Scenedesmus longispina var. regularis Hortobágyi 1960

Scenedesmus nanus f. maculatus Hortobágyi 1960

Scenedesmus quadrispina f. granulatus Hortobagyi 1960

Scenedesmus quadricauda var. interruptecostatus Massjuk 1962

Scenedesmus maharastrensis N.D. Kamat 1963

Scenedesmus margalefii N.D. Kamat 1963

Scenedesmus kolhapurensis N.D. Kamat 1963

Scenedesmus mahabuleshwarensis N.D. Kamat 1964

Scenedesmus jovis var. longicaudatus Hortobagyi & Németh 1965

Scenedesmus lefevrei var. semiserratus Uherkovich 1966

Scenedesmus quadricauda f. regularis (Hortobágyi) Uherkovich 1966

Scenedesmus quadricauda f. granulatus (Hortobágyi) Uherkovich 1966

Scenedesmus quadricauda var. kolhapurensis (N.D. Kamat) Philipose 1967

Scenedesmus pseudoarmatus Hortobágyi 1969

Scenedesmus armatus f. crassicaudatus Hortobágyi 1969

Scenedesmus armatus f. crassiheterocaudatus Hortobágyi 1969

Scenedesmus columnatus var. sexangulus Hortobágyi 1969

Scenedesmus columnatus var. tropicus Hortobágyi 1969

Scenedesmus longispina f. granulatus Hortobágyi 1969

Scenedesmus opoliensis f. deflexus Hortobágyi 1969

Scenedesmus pocsii Hortobágyi 1969

Scenedesmus sooi f. granulatus Hortobágyi 1969

Scenedesmus quadricauda f. aculeato-granulatus Hortobágyi 1971

Scenedesmus pseudolongispina Hortobágyi 1972

Chodatella balatonica f. granulata Hortobágyi 1974

Scenedesmus trainorii Shubert 1975

Scenedesmus trainorii f. quadricauda Shubert 1975

Scenedesmus uherkovichii Hortobágyi 1976

Scenedesmus pseudohelveticus Kirjakov 1977

Scenedesmus pseudopoliensis var. sexangulus (Hortobágyi) Kirjakov 1977

Scenedesmus pseudoquadricauda var. pseudolongispina (Hortobágyi) Kirjakov 1977

Scenedesmus quadricauda var. mirus (Hortobágyi) Kirjakov 1977

Scenedesmus sooi var. bouakensis Uherkovich 1977

Scenedesmus opoliensis f. danubialis Hortobágyi 1981

Scenedesmus pseudoarmatus var. danubialis Hortobágyi 1981

Scenedesmus sooi f. elegans Hortobágyi 1981

Scenedesmus sooi f. robustus Hortobágyi 1981

Scenedesmus caudato-aculeolatus var. spinosus (Dedusenko) Pankow 1986

Scenedesmus armatus var. interruptecostatus (Masjuk) Pankow 1986

Scenedesmus caudato-aculeolatus var. maharastrensis (N.D. Kamat) Pankow 1986

Scenedesmus helveticus var. asymetricus Bourrelly 1987

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 375, pl. 126, fig. 3;Komárek and Fott 1983, p. 896, pl. 241, fig. 9; John et al. 2011, p. 441, pl. 104, fig. F, pl. 110, fig. F, pl. 112, fig. A.

■ 형태정보

군체는 4개 또는 2, 8개의 세포가 모여 형성된다. 세포는 둥글고 긴 타원형 또는 긴 원통형이다. 외측 세포의 양 끝에 긴 강모가 있으며, 내측 세포의 양 끝에 짧은 강모가 있다. 세포벽에 융기선이 있으며, 이는 중앙부까지 연결되어 있지 않다. 세포의 길이는 7~10 μm이며, 폭은 2.5~4 μm이고, 강모의 길이는 6~11 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 하천이나 연못, 호수, 저수지 등 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983;John et al. 2011), 본 연 구의 배양주는 2017년 4월 24일 경상북도 상주시 도남동 810-1 낙동강 (36°26'′45.2″N, 128°15′32″E)에서 출현하였다.

Desmodesmus armatus var. longispina (Chodat) E. Hegewald 2000 (FBCC-A245, Fig. 1E)

■ 기본명

Scenedesmus longispina Chodat 1913

■ 이명

Scenedesmus quadricauda var. longispina (Chodat) G.M. Smith 1916

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 381, pl. 129, fig. 7; Komárek and Fott 1983, p. 932, pl. 250, fig. 1.

■ 형태정보

군체는 2, 4, 8개의 세포가 모여 형성되며, 일렬 또는 약간 교차하여 배열된다. 세포는 긴 타원형 또는 긴 원통형이며, 세포의 양 끝은 넓고 둥글다. 외측 세포의 양 끝에 긴 강모가 있으며, 내측 세포의 양 끝에 강모가 없지만. 간혹 짧은 강모가 있다. 세포의 길이는 8~14 μm이며, 폭은 2.8~4.2 μm이고, 강모의 길이는 7~12 μm이다.

■ 채집정보

본 연구의 배양주는 2019년 2월 25일 제주특별자치도 제주시 구좌읍 덕천리 488 덕천연못 (33°30′8.6″N, 126°45′55″E)에서 출현하였다.

Desmodesmus communis (E. Hegewald) E. Hegewald 2000 (FBCC-A406, Fig. 1F)

■ 기본명

Scenedesmus communis E. Hegewald 1977

■ 이명

Scenedesmus quadricauda Chodat 1926

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 379, pl. 128, fig. 6; Komárek and Fott 1983, p. 928, pl. 249, fig. 2;John et al. 2011, p. 442, pl. 104, fig. J, pl. 111, fig. E.

■ 형태정보

군체는 2, 4, 8개의 세포가 모여 형성되며, 일렬로 배열 된다. 세포는 신장된 원통형 또는 긴 원통형이며, 외측 세포의 양 끝은 끝으로 갈수록 좁아지고, 내측 세포의 양 끝은 둥글며. 외측 세포 측변의 중앙은 약간 볼록하게 나와 있다. 외측 세포의 양 끝에 긴 강모가 있으며, 내측 세포의 양 끝에 강모가 없다. 세포의 길이는 7~15 μm이며, 폭은 2.7~5.8 μm이고, 강모의 길이는 5~10 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 웅덩이나 연못, 저수지, 호수 등의 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983;John et al. 2011), 본 연구의 배양주는 2017년 7월 12일 강원도 횡성군 우천면 백달리 백달지 (37°26′19.03″N, 128°3′53.7″E)에서 출현하였다.

Desmodesmus dispar (Brébisson) E. Hegewald 2000 (FBCC-A692, Fig. 1I)

■ 기본명

Scenedesmus dispar Brébisson 1856

■ 이명

Scenedesmus quadricauda var. dispar (Brébisson) Brunnthaler 1913

Scenedesmus longus var. dispar (Brébisson) G.M. Smith 1916

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 383, pl. 130, fig. 9; Komárek and Fott 1983, p. 877, pl. 237, fig. 2;John et al. 2011, p. 442, pl. 110, fig. K.

■ 형태정보

군체는 4개의 세포가 모여 형성되며, 일렬 또는 약간 교차하여 배열된다. 세포는 긴 타원형 또는 원통형이며, 세포는 양 끝은 둥글다. 외측 세포의 양 끝에 1~2개의 짧은 강 모가 서로 대각선 방향에 있다. 세포의 길이는 5~9 μm이며, 폭은 2~3.5 μm이고, 강모의 길이는 0.8~5 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 하천이나 연못, 호수 등의 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983;John et al. 2011), 본 연구의 배양주는 2017년 8월 24일 경기도 수원시 영통구 이의동 광교산로 154-42 경기대 연못 (37°18′3″N, 127°2′20″E)에 서 출현하였다.

Desmodesmus maximus (West & G.S. West) Hegewald 2000 (FBCC-A454, Fig. 1L)

■ 기본명

Scenedesmus quadricauda var. maximus West & G.S. West 1895

■ 이명

Scenedesmus maximus (West & G.S. West) Chodat 1913

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 381, pl. 129, fig. 6; Komárek and Fott 1983, p. 934, pl. 250, fig. 2;John et al. 2011, p. 445, pl. 110, fig. O.

■ 형태정보

군체는 4개 또는 8개의 세포가 모여 형성되며, 직선형으로 배열된다. 세포는 타원형이며, 세포의 양 끝은 둥글고 폭이 넓다. 외측 세포의 양 끝에 긴 강모가 서로 대각선 방 향에 있다. 세포의 길이는 20~31 μm이며, 폭은 7.5~11 μm 이고, 강모의 길이는 12~20 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 하천이나 연못, 호수 등의 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983;John et al. 2011), 본 연구의 배양주는 2018년 2월 26일 경상북도 울진군 평해읍 월송리 월송정 (36°44′19.63″N, 129°28′15.32″E) 담수역에서 출현하였다.

Desmodesmus microspina (Chodat) T.M. Tsarenko 2000 (FBCC-A992, Fig. 2B)

■ 기본명

Scenedesmus microspina Chodat 1926

■ 이명

Scenedesmus quadricauda var. microspina (Chodat) Philipose 1967

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 381, pl. 129, fig. 8; Komárek and Fott 1983, p. 930, pl. 249, fig. 7; John et al. 2011, p. 445, pl. 111, fig. P.

■ 형태정보

군체는 2, 4, 8개의 세포가 모여 형성되며, 일렬로 배열된다. 세포는 난형 또는 원통형이며, 세포의 양 끝은 둥글고, 외측 세포 측변의 중앙은 약간 볼록하게 나와 있다. 외측 세포의 양 끝에 짧은 강모가 있다. 세포의 길이는 5~11 μm 이며, 폭은 3~6 μm이고, 강모의 길이는 0.5~1.2 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 하천이나 강 등의 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983;John et al. 2011), 본 연구의 배 양주는 2018년 5월 3일 충청북도 충주시 소태면 양촌리 555-2 비내섬 (37°5′10.4″N, 127°52′31.7″E) 담수역에서 출현하였다.

Desmodesmus opoliensis (P.G. Richter) E. Hegewald 2000 (FBCC-A994, Fig. 2E)

■ 기본명

Scenedesmus opoliensis P.G. Richter 1895

■ 이명

Scenedesmus denticulatus var. opoliensis (P.G. Richter) Playfair

Scenedesmus quadricauda var. opoliensis (P.G. Richter) West & G.S. West 1902

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 383, pl. 130, fig. 6; Komárek and Fott 1983, p. 908, pl. 244, fig. 6; John et al. 2011, p. 445, pl. 110, fig. P.

■ 형태정보

군체는 2, 4, 8개의 세포가 모여 형성되며, 일렬 또는 약간 교차하여 배열된다. 세포는 긴 방추형이며, 세포의 양 끝은 끝으로 갈수록 좁아진다. 외측 세포의 양 끝에 긴 강 모가 있으며, 내측 세포의 양 끝에 1~2개의 짧은 강모가 있다. 세포의 길이는 12~15 μm이며, 폭은 3~5 μm이고, 강모의 길이는 13~22 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 하천이나 연못, 호수, 저수지 등 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983;John et al. 2011), 본 연구의 배양주는 2018년 5월 3일 충청북도 충주시 소태면 양촌리 555-2 비내섬 (37°5′10.4″N, 127°52′31.7″E) 담수역에서 출현하였다.

Desmodesmus serratus (Corda) S.S. An, Friedl & E. Hegewald 1999 (FBCC-A999, Fig. 2H)

■ 기본명

Arthrodesmus serratus Corda 1839

■ 이명

Scenedesmus serratus (Corda) Bohlin 1901

■ 참고문헌

Hirose et al. 1977, p. 377, pl. 127, fig. 4; Komárek and Fott 1983, p. 870, pl. 235, fig. 1; John et al. 2011, p. 446, pl. 112, fig. B.

■ 형태정보

군체는 2, 4, 8개의 세포가 모여 형성된다. 세포는 난형이며, 세포의 양 끝은 둥글고, 외측 세포 측변의 중앙은 약간 볼록하게 나와 있다. 세포의 양 끝에 짧은 강모가 있으며, 세포의 측변에 융기선 또는 짧은 돌기가 종으로 있다. 세포 의 길이는 8~13 μm이며, 폭은 3~5 μm이고, 강모의 길이는 0.5~1 μm이다.

■ 채집정보

이 종은 하천이나 연못, 호수, 저수지 등 담수역에서 출현하였고 (John et al. 2011), 본 연구의 배양주는 2018년 4 월 26일 제주특별자치도 제주시 구좌읍 덕천리 482-2 덕천 연못 (33°30′19″N, 126°46′3.3″E) 담수역에서 출현하였다.

Desmodesmus spinosus (Chodat) E. Hegewald 2000 (FBCC-A1003, Fig. 2I)

■ 기본명

Scenedesmus spinosus Chodat 1913

■ 참고문헌

Komárek and Fott 1983, p. 926, pl. 248, fig. 11.

■ 형태정보

군체는 4개 또는 2, 8개의 세포가 모여 형성되며, 일렬로 배열된다. 세포는 긴 타원형 또는 긴 원통형이다. 외측 세포의 양 끝에 긴 강모가 있으며, 중앙에도 강모가 있고, 내측 세포의 양 끝에 긴 강모가 있다. 세포의 길이는 6~10 μm이며, 폭은 1.7~2.5 μm이고, 강모의 길이는 4~11 μm 이다.

■ 채집정보

이 종은 하천이나 연못, 호수, 저수지 등 담수역에서 출현하였고 (Komárek and Fott 1983), 본 연구의 배양주는 2018년 6월 22일 충청북도 충주시 산척면 송강리 974-2 소 강소류지 (37°6′6.1″N, 127°58′4.8″E)에서 출현하였다.

3.2. Desmodesmus속의 다유전자 정보 비교

Desmodesmus속의 18S rRNA는 1,153 bp (D. armatus FBCC-A873)~2,167 bp (unidentifed Desmodesmu sp. 8 FBCC-A428)의 길이를 보였다. 외부군 Coelastrella saipanensis FACHB-2294 (MH176093)와 Pectinodesmus pectinatus An 111A (AB037092)를 포함한 정렬에서 불명확한 부위를 제외한 크기는 1,302 bp이며 GC content는 48.7%이다 (Table 3). 18S rRNA 정렬 중 보존부위는 1,256 positions (96.5%), 변이부위는 46 positions (3.5%)이며, parsimony informative site는 33 positions (2.5%)이다. 색소체 atpB는 총 633 bp이며 GC content는 37.6%이다. atpB 정렬 중 보존부위는 503 positions (79.5%), 변이부위는 130 bp (20.5%)로 parsimony informative site는 111 positions (17.5%)와 parsimony uninformative site는 19 positions (3%)로 구분할 수 있다. 색소체 petA는 618 bp 이며 GC content는 33.8%이다. petA 정렬 중 보존부위는 426 positions (68.9%), 변이부위는 192 positions (31.1%), parsimony informative site는 169 positions (27.3%)이다. Intron 부위를 제외한 Desmodesmus속 색소체 rbcL은 654 bp이며 GC content는 39.9%이다. rbcL 정렬 중 보존부위는 484 positions (74%), 변이부위는 170 positions (26%), parsimony informative site는 150 positions (22.9%)이다. 색소체 tufA는 864 bp이며 GC content는 35.5%이다. tufA 정렬 중 보존부위는 637 positions (73.7%), 변이부위는 227 positions (26.3%), parsimony informative site는 201 positions (23.3%)이다. Desmodesmus속 18S rRNA의 P-distance는 평균 2.16% (최대 5.31%)이며, 색소체 유전 자의 평균 P-distance는 보다 높은 수치 (평균 P-distance, rbcL=7.36%, petA=6.84%, tufA=5.95%, 및 atpB 5.28%) 를 보여준다.

Desmodesmus속 5개 유전자 정렬 중 intron이 발견된 유전자는 18S rRNA와 rbcL이다. Demodesmus 18S rRNA alignment에는 2개의 introns을 볼 수 있으며, 그 위치는 P. pectinatus AB037092 (1,790 bp, intron 없음)의 #563~ #564 사이 (18S rRNA intron 1)와 #1167~#1168 사이 (18S rRNA intron 2)이다. 18S rRNA intron 1은 D. denticulatus (FBCC-A718, FBCC-A179 각 358 bp), D. subspicatus (FBCC-A56: 379 bp), unidentified Desmodesmus sp. 10 (FBCC-A1279: 669 bp), unidentified Desmodesmus sp. 3 FBCC-A724와 FBCC-A725 (467 bp), 그리고 D. opoliensis (FBCC-A696: 454 bp, FBCC-A886: 381 bp)에서 발견된다. 18S rRNA intron 2는 unidentified Desmodesmus sp. 1 FBCC-A515 (821 bp), unidentified Desmodesmus sp. 2 FBCC-A1236 (>1,106 bp), D. pleiomorphus FBCCA1278 (393 bp), D. microspina (FBCC-A369, FBCC-A992, 각 394 bp), D. pannonicus (FBCC-A716, FBCC-A717, 각 399 bp), D. opoliensis (FBCC-A994: 774 bp, FBCC-A995: 634 bp), 그리고 unidentified Desmodesmus sp. 8 (FBCCA428: 868 bp, FBCC-A1292: 484 bp)에서 발견된다 (Supplementary Fig. S1A). Desmodesmus rbcL alignment에는 3개의 introns을 볼 수 있으며, 각 위치는 P. pectinatus NC_ 036668 rbcL (1,431 bp, intron 없음)의 #276~#277 (rbcL intron 1), #462~#463 (rbcL intron 2), #702~#703 (rbcL intron 3)이다. rbcL intron 1은 D. armatus FBCC-A714, FBCC-A715 (각 528 bp), FBCC-A873, FBCC-A1175, FBCC-A1382 (각 527 bp), D. armatus var. longispina FBCC-A1018, FBCC-A245 (각 528 bp)에서 발견되었다. rbcL intron 2는 D. pleiomorphus FBCC-A1278 (825 bp)와 unidentified Desmodesmus sp. 3 FBCC-A724 (1,130 bp) 에서 발견되었다. rbcL intron 3는 D. pleiomorphus FBCCA1278 (845 bp)와 D. microspina (FBCC-A369와 FBCCA992, 각 801 bp)에서만 발견되었다 (Supplementary Fig. S1B).

3.3. Desmodesmus속 계통관계

18S rRNA+atpB+petA+rbcL+tufA 유합자료 (total 4,071 bp) 우리나라 Desmodesmus속 종간 계통관계를 보여준다 (Fig. 3). Desmodesmus속은 단계통이며 100% maximum likelihood bootstrap support (MLBt)로 지지되 며, 5개 이상의 clades (Clades 1~6)로 구분할 수 있다.

Clade-1 (92% MLBt)은 우리나라 Desmodesmus종 중 가장 먼저 분기한 계통으로 3종을 포함한다 (92% MLBt, Fig. 3). Unidentified Desmodesmus sp. 2 FBCC-A1236는 D. serratus (FBCC-A698 and FBCC-A999; Fig. 2G and H)와 자매종이다 (100% MLBt). Unidentified Desmodesmus sp. 1 FBCC-A515는 Desmodesmus sp. 1-D. serratus clade와 근연관계를 이룬다 (92% MLBt).

Clade-2 (93% MLBt)는 D. communis (Fig. 1F~H), D. dispar (Fig. 1I), D. maximus (Fig. 1K and L), D. pannonicus, unidentified Desmodesmus sp. 3 (Fig. 2J)를 포함한다 (Fig. 3). 본 5종을 생태 및 형태적 특징으로 유연관계를 추정하기는 매우 어렵다. 군체 내 세포수, 세포의 크기, 세포 양 끝의 (긴 또는 짧은) 강모 및 세포벽 외곽 돌 기 등 매우 유사한 특성을 가지고 있다 (Fig. 1F~L). D. pannonicus (FBCC-A716, FBCC-A717)는 unidentified Desmodesmus sp. 3 (FBCC-A724, FBCC-A725)와 자매 종이다 (100% MLBt, Fig. 3). D. dispar FBCC-A692는 D. pannonicus-Desmodesmus sp. 3 clade와 근연관계를 보여준다 (94% MLBt). D. dispar의 외측 세포가 가진 대각선 방향으로 배열된 강모 (Fig. 1I)와 unidentified Desmodesmus sp. 3의 세포벽 융기선 (Fig. 2J)은 각 종이 가진 고유 형질 이다. D. communis와 D. maximus의 단계통성은 명확하지 않다 (<50% MLBt). D. communis는 형태적으로 구분이 어려우나 (Fig. 1F~H), 유전적으로 뚜렷이 구분되는 두 개의 그룹 (FBCC-A53, FBCC-A406 vs. FBCC-A691, FBCC-A726)이 있다.

Clade-3 (100% MLBt)는 D. bicaudatus FBCC-A985와 D. intermedius FBCC-A28, 두 자매종을 포함한다 (100% MLBt, Fig. 3). 단일 유전자 계통수 모두 본 두 종의 자매 종 관계를 강하게 지지한다 (100% MLBt, Supplementary Figs. S4~S6). 두 종 18S rRNA와 rbcL은 intron이 전혀 없다 (Supplementary Fig. S1A and B).

Clade-4 (100% MLBt)에는 D. microspina (Fig. 2A and B), D. multivariablis, D. pleiomorphus, D. subspicatus 의 4종이 속하며 종간 유연관계는 명확하다 (Fig. 3). D. microspina (FBCC-A369 및 FBCC-A992)는 unidentified Desmodesmus sp. 10 (FBCC-A1279 및 FBCC-A1332)와 자매종이다 (100% MLBt). D. microspina-Desmodesmus sp. 10은 D. pleiomorphus와 근연종이며 (98% MLBt), D. subspicauts FBCC-A56는 Clade-4의 가장 기부에 있다. 단일 유전자 계통수 중 tufA (83% MLBt, Supplementary Fig. S6)는 유합계통수 (Fig. 2)와 동일한 종간 관계를 보여 주며 본 4종의 단계통성을 지지한다.

Clade-5 (100% MLBt)는 D. abundans, D. spinosus, unidentified Desmodesmus spp 4 & 5를 포함한다. 이 종들 은 군체 내측 세포의 양 끝에 (긴 또는 짧은) 강모를 가지며 (Fig. 1A and J, Fig. 2I), 18S rRNA와 rbcL 유전자 어디에도 intron이 없는 특징 (Supplementary Fig. S1A and B)을 공유한다. 단일 유전자 계통분석 시 rbcL (99% MLBt, Supplementary Fig. S5)과 tufA (97% MLBt, Supplementary Fig. S6)에서 지지된다. D. abundans (FBCCA975, FBCC-A991, FBCC-A1465)는 D. spinosus (FBCCA1003, FBCC-A1004, FBCC-A1005)와 자매종이다 (99% MLBt). Unidentified Desmodesmus sp. 4 FBCC-A1293 (2020년 5월, 경남 하동)은 unidentified Desmodesmus sp. 5 FBCC-A1285 (2020년 5월, 전남 구례) 등과 petA (Supplementary Fig. S4), rbcL (Supplementary Fig. S5) 및 tufA (Supplementary Fig. S6)에서 뚜렷이 구분된다.

Clade-6 (100% MLBt)는 D. armatus (Fig. 1B and D), D. armatus var. longispina (Fig. 1E), D. opoliensis (Fig. 2C~F), unidentified Desmodesmus spp 6~9 (Fig. 2K)를 포함한다. Clade-6는 atpB (97% MLBt, Supplementary Fig. S3)와 tufA (96% MLBt, Supplementary Fig. S6) 단일 유전자 계통수에서도 지지된다. D. armatus (FBCC-A873 등 13개 배양주)는 D. armatus var. longispina (FBCC-A1018 등 4개 배양주)와 단계통을 이룬다 (100% MLBt). 두 종을 생태 및 형태적 특징으로 구분을 하는 것은 매우 어렵다. 군체 내 세포수, 세포의 크기, 세포 양 끝의 강모 및 세포벽 외곽 돌기, 분포지 등 매우 유사한 특성을 가지고 있다 (Fig. 1B~E). 다유전자 계통수에서도 두 종의 구분은 뚜렷하지 않지만, rbcL 계통수에서는 두 종을 명확히 구분 할 수 있다 (Supplementary Fig. S5). rbcL intron 1은 일 부 D. armatus (FBCC-A714, FBCC-A715, FBCC-A873, FBCC-A1175, FBCC-A1328)와 일부 D. armatus var. longispina (FBCC-A245, FBCC-A1018)에서만 발견되었다 (Supplementary Fig. S1B). 그러나 이를 두 종의 공유파 생형질로 간주하기는 어렵다. D. opoliensis (FBCC-A1212 등 10개 배양주)는 다수의 unidentified Desmodesmus종 (FBCC-A427, FBCC-A428, FBCC-A1011, FBCC-A1292) 과 근연관계이다 (63% MLBt).

적 요

뗏목말과 녹조류는 담수생태계 주요 우점생물군으로, 형태적 가변성과 종 구분 기준의 복잡성이 증가하고 있 어 전 세계 40속 약 380종의 계통분류체계는 명확하지 않다 (Comas and Komárek 1984;Kim 2015a). 우리나라의 뗏목말과는 17속 119종이 알려져 있으나, Desmodesmus 속 38종의 계통관계에 대한 연구는 전무하다. 본 연구 결과는 우리나라 뗏목말과 Desmodesmus속 종간 계통관계를 다유전자 분석을 기반으로 제시한다. 본 연구는 국 립낙동강생물자원관 담수생물자원은행 (FBCC)이 보유하고 있는 Desmodesmus속 19종 (unidentifies spp 제 외) 70개 배양주의 총 299개 유전자 (핵 18S rRNA, 색소 체 atpB, petA, rbcL, 및 tufA) 서열을 분석하였다. 본 연 구에서 사용한 Desmodesmus속 종의 생태 및 형태적 특징으로 유연관계를 추정하기는 매우 어려웠다. 그러나 색소체 유전자 (atpB, petA, rbcL 및 tufA)는 핵 18S rRNA 보다 높은 변이율 (P-distance)을 보여주며 종간 계통관계 구축의 유용성을 보여주고 있다. 다유전자 유합계통수는 Desmodesmus속 내 6개 이상의 clades 구분을 제안하고 있다. Clade-1에는 D. serratus, unidentified Desmodesmus sp. 1 FBCC-A515, 및 unidentified Desmodesmus sp. 2 FBCC-A1236를 포함하며, Clade-2는 D. communis, D. dispar, D. maximus, D. pannonicus 및 unidentified Desmodesmus sp. 3 (FBCC-A724 와 FBCC-A725)를 포함 한다. Clade-3는 D. bicaudatus와 D. intermedius의 2종을, Clade-4는 D. microspina, D. pleiomorphus, D. subspicatus, 및 unidentified Desmodesmus sp. 10 (FBCC-A1279 및 FBCC-A1332)의 4종을, Clade-5는 D. abundans, D. spinosus, unidentified Desmodesmus sp. 4 FBCC-A1293, 및 unidentified Desmodesmus sp. 5 (FBCC-A1277 등)의 4 종을, Clade-6는 D. armatus, D. armatus var. longispina, D. opoliensis, unidentified Desmodesmus spp 6~9를 포함한다. 담수생물자원은행 (FBCC) 배양주의 새로운 유전자 정보는 뗏목말과 녹조류의 종동정 및 분자생태학적 연구에 활용할 수 있다. 또한 분자계통 결과는 우리나라 Desmodesmus속 녹조류의 종다양성 정보 확대에 기여할 수 있다.