다유전자 및 형태 분석을 통한 한국산 윤조류 Desmidiales 목의 계통분류
Phylogeny of Desmidiales (Conjugatophyceae, Charophyta) in Korea based on multigene data analysis
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초록
물먼지말목(Desmidiales, Conjugatophyceae, Charophyta)은 산성 습지, 호수, 늪, 이탄 습지 등의 환경에서 높은 종 다양성을 보이며 담수 생태계에서 흔히 볼 수 있는 분류군이다. 이들은 대칭적인 반세포로 구성된 독특한 형태적 특징을 가지며, 세포 형태와 크기의 변화 폭이 커서 형태학적 가변성이 높아 정확한 종 동정에 어려움이 있다. 현재까지 한국에서는 총 832종의 Desmidiales가 보고되었으나, 계통분류학적 연구는 일부 분류군에 국한되어 수행되었다. 본 연구에서는 국립낙동강생물자원관 담수생물자원은행(FBCC)의 배양주를 이용하여 Desmidiales의 종간 계통관계를 다유전자 분석을 기반으로 형태적 특성, 생태학적 정보 등을 통합하여 분석하였다. 총 352개의 유전자 서열을 새롭게 확보하였으며, 포함된 유전자는 accD(30개), atpA(42개), atpB(22개), ndhH(37개), petA(37개), psaA(32개), psbA(44개), psbC(1개), psbD(39개), rbcL(40개), rpl2(19개), rpoB(9개)이다. 12개 유전자 중에서 psbA는 가장 높은 보존부위 비율(83.9%)을 나타냈으며, petA는 가장 높은 변이부위 비율 (38.7%)을 보였다. 통합 계통 분석 결과, Desmidiales는 총 5개의 주요 분기군(clade)으로 분류되었다. Cosmarium Clade-1: Cosmarium punctulatum, Cosmarium sp. 1, Cosmarium Clade-2: C. blyttii, C. botrytis, C. costatum, C. ochthodes, C. pachyder- mum, C. subcostatum, C. subcrenatum, C. subprotumidum, C. trilobulatum, Cosmarium Clade-3: C. angulosum, C. for- mosulum, C. granatum, C. impressulum, C. norimbergense, C. regnellii, C. subtumidum, Cosmarium sp. 2, Staurastrum Clade-1: Staurastrum avicula var. lunatum, Staurastrum Clade-2: S. boreale, S. dispar, S. kouwetsii, S. margaritaceum, S. punctulatum. FBCC 배양주에서 확보된 새로운 유전자 서열 데이터는 정확한 종 동정과 담수 생태계 내 물먼지말 목의 분자생태학적 연구를 위한 기반 자료로 활용될 수 있다. 본 연구에서 제시한 계통학적 정보는 한국 내 물먼지말 목의 종 다양성에 대한 이해를 높이고, 해당 분류군에 대한 정교한 분류 체계 확립에 기여할 것으로 기대된다.
Abstract
Desmidiales (Conjugatophyceae, Charophyta) are commonly found in freshwater ecosystems and exhibit high species diversity, particularly in acidic wetlands, lakes, swamps, and peat bogs. They possess a distinctive morphology characterized by symmetrical semicells, and their wide variation in cell shape and size presents challenges in species identification due to high morphological plasticity. Although 832 species of Desmidiales have been reported in Korea, phylogenetic studies have been limited to only a few taxonomic groups. This study focused on investigating species-level relationships among Desmidiales using strains from the Freshwater Bioresources Culture Collection (FBCC), integrating morphological characteristics, ecological data, and original species descriptions. A total of 352 new plastid gene sequences were generated for phylogenetic analyses, including accD (30), atpA (42), atpB (22), ndhH (37), petA (37), psaA (32), psbA (44), psbC (1), psbD (39), rbcL (40), rpl2 (19), and rpoB (9). Among the 12 plastid genes analyzed, psbA showed the highest proportion of conserved sites (83.9%), while petA exhibited the highest proportion of variable sites (38.7%). Based on the combined phylogenetic analysis, Desmidiales were grouped into five major clades: Cosmarium Clade-1: Cosmarium punctulatum, Cosmarium sp. 1, Cosmarium Clade-2: C. blyttii, C. botrytis, C. costatum, C. ochthodes, C. pachydermum, C. subcostatum, C. subcrenatum, C. subprotumidum, C. trilobulatum, Cosmarium Clade-3: C. angulosum, C. formosulum, C. granatum, C. impressulum, C. norimbergense, C. regnellii, C. subtumidum, Cosmarium sp. 2, Staurastrum Clade-1: Staurastrum avicula var. lunatum, Staurastrum Clade-2: S. boreale, S. dispar, S. kouwetsii, S. margaritaceum, S. punctulatum. The newly generated sequence data from FBCC strains will serve as a valuable resource for accurate species identification and for exploring the molecular ecology of Desmidiales in freshwater ecosystems. This phylogenetic framework improves our understanding of Desmidiales species diversity in Korea and aids in achieving a more comprehensive taxonomic resolution within this algal order.