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DNA 바코드를 이용한 제주도 연안 파래대발생(green tide)을 형성하는 갈파래(genus Ulva) 군집구조 및 주요 종 구성의 시간적 변이

Temporal variation in the community structure of green tide forming macroalgae (Chlorophyta; genus Ulva) on the coast of Jeju Island, Korea based on DNA barcoding

이혁제|박혜진|변서연|박상률
한국환경생물학회 (Korean Society Of Environmental Biology)|2022.12|환경생물 (Korean Journal of Environmental Biology)|제40권 제4호|pp. 464-476

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Jeju Islandclimate changeDNA barcodinggreen tideUlva

초록

가속화되는 기후변화로 인해 전 세계 각지의 연안에서 해조류 대발생(macroalgal bloom)이 빈번하게 일어나고 있다. 특히, 녹조류의 대량 증식으로 인한 녹조(파래) 대발생(green tide) 현상은 지역 경제뿐만 아니라 연안 생태계 환경에도 막대한 피해를 주고 있다. 우리나라의 경우 2000년대부터 제주도 동북부 해안을 중심으로 파래대발생이 연중 지속적으로 관찰되며, 최근에는 남해와 동해 일대에서도 국지적으로 관찰되고 있다. 파래대발생의 원인 종은 갈파래속(Chlorophyta; genus Ulva)으로 알려져 있으며, 기후변화의 영향으로 해수 온도의 상승과 담지하수 및 인근 지역 오염수 배출로 인한 질소와 인의 대량 유입으로 인한 영양염류 증가가 주요 원인으로 추정되고 있다. 갈파래속은 환경변화에 의해 형태적 발현의 가소성이 높은 표현형 적응성(phenotypic plasticity) 때문에 형태적 종 동정은 거의 불가능하다. 갈파래류 종 판별을 위해서는 분자유전학 적 분석이 수행되어야 하나 현재 분자데이터를 이용한 갈파래 종 분포, 군집구조와 같은 생태조사연구는 매우 미흡한 실정이다. 파래대발생 피해 저감을 위해서는 파래대발생 주요 종들을 분자계통학적 분석을 통하여 정확하게 파악하는 것이 우선이다. 선행 연구에서는 2015년 파래대발생을 일으키는 주요 종 파악을 위해 핵 DNA ITS와 엽록체 DNA tufA (chloroplast elongation factor Tu) 유전자를 이용하여 분자계통학적 분석을 수행하였으며, 종 동정에는 tufA 유전자가 더 정확한 결과를 나타냈다. 따라서 본 연구에서는 tufA 유전자를 이용해 2015~2020년 제주도 연안에서 파래대발생을 일으키는 주요 구성 갈파래 종의 군집구조 및 종 다양성을 파악하고 종 구성의 시간적 변이를 확인하고자 하였다. 본 연구에서는 온대와 아열대 해역에서 주로 생장하는 것으로 알려진 큰갈파래와 구멍갈파래 종이 파래대발생의 주요 구성 종임을 확인하였다. 구멍갈파래는 2015년(35.75%)에서 2020년(36.18%) 기간 상대빈도의 변화가 거의 없고 안정적으로 유지되었으나, 큰갈파래의 경우 2015년(20.77%)에 비해 2020년(36.84%) 빈도가 대략 16% 증가하였다. 이러한 결과는 기후변화와 연관된 평균 해수면 온도의 상승에 큰갈파래의 높은 성장률 및 적응력과 관련이 있을 수 있으며, 제주도의 갈파래 군집을 구성하는 종 수는 2015년에는 9종이었으나 2020년에는 7종으로 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 유럽 원산지 외래종인 긴통갈파래와 굽은갈파래가 2015년과 2020년 모두 제주 연안에서 관찰되어 이 두 종에 대한 향후 지속적인 모니터링이 필요하다. 본 연구의 결과는 우리나라 연안에서 발생하는 파래대발생의 저감을 위해 주요 종인 갈파래속(genus Ulva)에 대한 분자유전학적 데이터에 대한 정보를 제공하고자 한다.

Abstract

In recent years, macroalgal bloom occurs frequently in coastal oceans worldwide. It might be attributed to accelerating climate change. “Green tide” events caused by proliferation of green macroalgae (Ulva spp.) not only damage the local economy, but also harm coastal environments. These nuisance events have become common across several coastal regions of continents. In Korea, green tide incidences are readily seen throughout the year along the coastlines of Jeju Island, particularly the northeastern coast, since the 2000s. Ulva species are notorious to be difficult for morphology-based species identification due to their high degrees of phenotypic plasticity. In this study, to investigate temporal variation in Ulva community structure on Jeju Island between 2015 and 2020, chloroplast barcode tufA gene was sequenced and phylogenetically analyzed for 152 specimens from 24 sites. We found that Ulva ohnoi and Ulva pertusa known to be originated from subtropical regions were the most predominant all year round, suggesting that these two species contributed the most to local green tides in this region. While U. pertusa was relatively stable in frequency during 2015 to 2020, U. ohnoi increased 16% in frequency in 2020 (36.84%), which might be associated with rising sea surface temperature from which U. ohnoi could benefit. Two species (Ulva flexuosa, Ulva procera) of origins of Europe should be continuously monitored. The findings of this study provide valuable information and molecular genetic data of genus Ulva occurring in southern coasts of Korea, which will help mitigate negative influences of green tide events on Korea coast.

참고문헌 (53)

  1. 안재우, "First Record of Ulva torta (Ulvales, Chlorophyta) in Korea", 환경생물, 35(3), pp.329~334 (2017), 한국환경생물학회[DOI]
  2. Stefan G Bolam, "Effects of macroalgal mats on intertidal sandflats: an experimental study", Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 249(1), pp.123~137 (2000), Elsevier BV[DOI]
  3. 최선경, "온도와 질소원 종류에 따른 대형갈조류 감태 (Ecklonia cava)의 생장", 환경생물, 38(3), pp.404~415 (2020), 한국환경생물학회[DOI]
  4. Destombe C, "Delineation of two sibling red algal species, Gracilaria gracilis and Gracilaria dura (Gracilariales, Rhodophyta), using multiple DNA markers: Resurrection of the species G. dura previously described in the northern Atlantic 200 years ago", J. Phycol, 46, pp.720~727 (2010)[DOI]
  5. Flagella MM, "Identification of cryptic Ulva species (Chlorophyta, Ulvales) transported by ballast water", J. Biol. Res, 13, pp.47~ (2010)
  6. Maria Monia Flagella, "Macroalgal survival in ballast water tanks", Marine Pollution Bulletin, 54(9), pp.1395~1401 (2007), Elsevier BV[DOI]
  7. Fletcher R, "Marine Benthic Vegetation", pp.7~43 (1996), Springer Berlin
  8. 한인성, "Change the Annual Amplitude of Sea Surface Temperature due to Climate Change in a Recent Decade around the Korean Peninsula", 해양환경안전학회지, 26(3), pp.233~241 (2020), 해양환경안전학회[DOI]
  9. Takeaki Hanyuda, "Genetic examination of the type specimen of <i>Ulva australis<", i> suggests that it was introduced to Australia, 2018, pp.66(3), 238~241[DOI]
  10. Haritonidis S, "A survey of the marine algae of Thermaikos Gulf, Thessaloniki, Greece. I. Distribution and seasonal periodicity", Bot. Marina, 21, pp.527~535 (1978)[DOI]
  11. Hiraoka M, "Crossing test among floating Ulva thalli forminggreen tide'in Japan", Hydrobiologia, 512, pp.239~245 (2004)
  12. Hiraoka M, "A new green-tide-forming alga, Ulva ohnoi Hiraoka et Shimada sp. nov. (Ulvales, Ulvophyceae) from Japan", Phycol. Res, 52, pp.17~29 (2004)[DOI]
  13. Laurie C. Hofmann, "Cryptic diversity of<i>Ulva<", i>(Ulvales, Chlorophyta) in the Great Bay Estuarine System (Atlantic USA): introduced and indigenous distromatic species, 2010, pp.45(3), 230~239[DOI]
  14. Eun Ju Kang, "Evaluating bloom potential of the green-tide forming alga Ulva ohnoi under ocean acidification and warming", Science of The Total Environment, 769, pp.144443~ (2021), Elsevier BV[DOI]
  15. 강은주, "Re-evaluation of green tide-forming species in the Yellow Sea", ALGAE, 29(4), pp.267~277 (2014), 한국조류학회I[DOI]
  16. Kang JH, "Species composition, diversity, and distribution of the genus Ulva along the coast of Jeju Island, Korea based on molecular phylogenetic analysis", PLoS One, 14, pp.e0219958~ (2019)[DOI]
  17. Hiroshi Kawai, "Species Diversity and Seasonal Changes of Dominant Ulva Species(Ulvales, Ulvophyceae) in Mikawa Bay, Japan, Deduced from ITS2 rDNARegion Sequences", ALGAE, 22(3), pp.221~228 (2007), 한국조류학회I
  18. Kearse M, "Geneious Basic : an integrated and extendable desktop software platform for the organization and analysis of sequence data", Bioinformatics, 28, pp.1647~1649 (2012)[DOI]
  19. Kwang Young Kim, "Physiological ecology and seasonality of Ulva pertusa on a temperate rocky shore", Phycologia, 43(4), pp.483~492 (2004), Informa UK Limited[DOI]
  20. Lisa Kirkendale, "A Molecular Survey of <i>Ulva<", i> (Chlorophyta) in Temperate Australia Reveals Enhanced Levels of Cosmopolitanism, 2012, pp.49(1), 69~81[DOI]
  21. Rebecca J. Lawton, "Algal Bioremediation of Waste Waters from Land-Based Aquaculture Using Ulva: Selecting Target Species and Strains", PLoS ONE, 8(10), pp.e77344~ (2013), Public Library of Science (PLoS)[DOI]
  22. Hyung Woo Lee, "Taxonomy of Ulva causing blooms from Jeju Island, Korea with new species, U. pseudo-ohnoi sp. nov. (Ulvales, Chlorophyta)", ALGAE, 34(4), pp.253~266 (2019), 한국조류학회I[DOI]
  23. 이성희, "New record of two marine ulvalean species (Chlorophyta) in Korea", Journal of Ecology and Environment, 37(4), pp.379~385 (2014), 한국생태학회
  24. Loughnane CJ, "Morphology, rbc L phylogeny and distribution of distromatic Ulva (Ulvophyceae, Chlorophyta) in Ireland and southern Britain", Phycologia, 47, pp.416~429 (2008)[DOI]
  25. Matsumoto T, "Green-colored plastids in the dinoflagellate genus Lepidodinium are of core chlorophyte origin", Protist, 162, pp.268~276 (2011)[DOI]
  26. Karen J. McGlathery, "MACROALGAL BLOOMS CONTRIBUTE TO THE DECLINE OF SEAGRASS IN NUTRIENT-ENRICHED COASTAL WATERS", Journal of Phycology, 37(4), pp.453~456 (2001), Wiley[DOI]
  27. Frédéric Mineur, "Macroalgal Introductions by Hull Fouling on Recreational Vessels: Seaweeds and Sailors", Environmental Management, 42(4), pp.667~676 (2008), Springer Science and Business Media LLC[DOI]
  28. Nakamura M, "Photosynthesis and growth of Ulva ohnoi and Ulva pertusa (Ulvophyceae) under high light and high temperature conditions, and implications for green tide in Japan", Phycol. Res, 68, pp.152~160 (2020)[DOI]
  29. A Norkko, "Rapid zoobenthic community responses to accumulations of drifting algae", Marine Ecology Progress Series, 131, pp.143~157 (1996), Inter-Research Science Center[DOI]
  30. O'Kelly CJ, "Gene sequence diversity and the phylogenetic position of algae assigned to the genera Phaeophila and Ochlochaete (Ulvophyceae, Chlorophyta)", J. Phycol, 40, pp.789~799 (2004)[DOI]
  31. Development of the Methods for Controlling and Managing the Marine Ecosystem Disturbing and Harmful Organisms, "Park JY", Marine Ecology Division, Ministry of Oceans and Fisheries, ~ (2022)
  32. 박상률, "Seasonal Patterns and Recruitment Dynamics of Green Tide-Forming Ulva Species along the Intertidal Rocky Shores of the Southern Coast of Korea", Ocean Science Journal, 49(4), pp.383~390 (2014), 한국해양과학기술원[DOI]
  33. Rinkel BE, "A molecular phylogeny of acrochaete and other endophytic green algae (Ulvales, Chlorophyta) 1", J. Phycol, 48, pp.1020~1027 (2012)
  34. BERNABÉ SANTELICES, "Banks of microscopic forms and survival to darkness of propagules and microscopic stages of macroalgae", Revista chilena de historia natural, 75(3) (2002), SciELO Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID)[DOI]
  35. Saunders GW, "An evaluation of rbcL, tufA, UPA, LSU and ITS as DNA barcode markers for the marine green macroalgae", Cryptogam. Algol, 31, pp.487~528 (2010)
  36. Gary W. Saunders, "Long distance kelp rafting impacts seaweed biogeography in the Northeast Pacific: the kelp conveyor hypothesis", Journal of Phycology, 50(6), pp.968~974 (2014), Wiley[DOI]
  37. Schramm W, "Marine benthic vegetation : recent changes and the effects of eutrophication", Oceanographic Literature Review, 2, pp.158~ (1997)
  38. Smetacek V, "Green and golden seaweed tides on the rise", Nature, 504, pp.84~88 (2013)[DOI]
  39. Sophie Steinhagen, "DNA barcoding of the German green supralittoral zone indicates the distribution and phenotypic plasticity of Blidingia species and reveals Blidingia cornuta sp. nov", Taxon, 70(2), pp.229~245 (2021), Wiley[DOI]
  40. Steinhagen S, "Cryptic, alien and lost species: molecular diversity of Ulva sensu lato along the German coasts of the North and Baltic Seas", Eur. J. Phycol, 54, pp.466~483 (2019)[DOI]
  41. Koichiro Tamura, "MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 6.0", Molecular Biology and Evolution, 30(12), pp.2725~2729 (2013), Oxford University Press (OUP)[DOI]
  42. MIRTA TEICHBERG, "Eutrophication and macroalgal blooms in temperate and tropical coastal waters: nutrient enrichment experiments with Ulva spp", Global Change Biology, 16(9), pp.2624~2637 (2010), Wiley[DOI]
  43. Ivan Valiela, "Macroalgal blooms in shallow estuaries: Controls and ecophysiological and ecosystem consequences", Limnology and Oceanography, 42(5part2), pp.1105~1118 (1997), Wiley[DOI]
  44. Alex H. L. Wan, "Assessment and Characterisation of Ireland's Green Tides (Ulva Species)", PLOS ONE, 12(1), pp.e0169049~ (2017), Public Library of Science (PLoS)[DOI]
  45. Wang S, "Variations of dominant free-floating Ulva species in the source area for the world’s largest macroalgal blooms, China: Differences of ecological tolerance", Harmful Algae, 74, pp.58~66 (2018)[DOI]
  46. You Wang, "Effects of two species of macroalgae—Ulva pertusa and Gracilaria lemaneiformis—on growth of Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae)", Journal of Applied Phycology, 21(4), pp.375~385 (2008), Springer Science and Business Media LLC[DOI]
  47. Wolf MA, "Ulva (Chlorophyta, Ulvales) biodiversity in the North Adriatic Sea (Mediterranean, Italy): cryptic species and new introductions", J. Phycol, 48, pp.1510~1521 (2012)[DOI]
  48. Xiao Y, "A random forestbased algorithm to distinguish Ulva prolifera and Sargassum from multispectral satellite images", IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, 60, pp.1~15 (2021)[DOI]
  49. Nai-hao Ye, "‘Green tides’ are overwhelming the coastline of our blue planet: taking the world’s largest example", Ecological Research, 26(3), pp.477~485 (2011), Wiley[DOI]
  50. Yoshida G, "Persistent occurrence of floating Ulva green tide in Hiroshima Bay, Japan: seasonal succession and growth patterns of Ulva pertusa and Ulva spp. (Chlorophyta, Ulvales)", Hydrobiologia, 758, pp.223~233 (2015)[DOI]
  51. Marianela Zanolla, "Role of thermal photosynthetic plasticity in the dispersal and settlement of two global green tide formers: Ulva pertusa and U. ohnoi", Marine Biology, 166(10) (2019), Springer Science and Business Media LLC[DOI]
  52. Jianheng Zhang, "Annual patterns of macroalgal blooms in the Yellow Sea during 2007–2017", PLOS ONE, 14(1), pp.e0210460~ (2019), Public Library of Science (PLoS)[DOI]
  53. Xiaowen Zhang, "Settlement of vegetative fragments of Ulva prolifera confirmed as an important seed source for succession of a large-scale green tide bloom", Limnology and Oceanography, 56(1), pp.233~242 (2010), Wiley[DOI]

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