FISH를 이용한 국내 사시나무절(Populus sect. Leuce Duby) 수종에 대한 핵형분석

Abstract

사시나무속(Populus)의 임목들은 북반구 온대지방의 활엽수 중에서 생장이 우수하며 빠르게 무성생식을 할 수 있기 때문에 임업에서 바이오매스의 대량 생산을 위해 식재된다. 사시나무속은 기내배양이 용이하고 유전체의 크기가 작기 때문에 유전학 연구가 잘 되어 있으며, 임목으로서는 최초로 유전체 해독이 완료되었지만, 세포유전학적인 연구는 부족한 상황이다. 이번 연구에서는 국내 사시나무절(P. sect. Leuce Duby)에 속하는 사시나무(P. tremula var. davidiana (Dode) C.K. Schneid.), 은백양(P. alba L.), 수원사시나무(P. tremula var. glandulsa Uyeki), 현사시나무(P. alba × P. tremula var. glandulsa)에 대해서 45S rDNA 탐침과 5S rDNA 탐침을 이용해 FISH (Fluorescent in situ hybridization)를 수행하여 핵형을 분석하였다. 이를 위해 2017년 4월 경기 수원 국립산림과학원 유전자원부와 경기 어천 사시나무 전시림에서 근삽 시료를 채취하여 근삽과 삽목을 통해 상태가 좋은 뿌리 시료를 확보하였다. 이후 8-hydroxyquinoline 용액으로 전처리한 뒤 세포를 분열 중기에 고정 시키고 표본을 제작하였고, DAPI (4',6-diamidino–2- phenylindole) 염색을 통해 적합한 상을 선정하였다. 이후 45S rDNA 탐침과 5S rDNA 탐침을 이용하여 FISH를 수행한 뒤 핵형을 분석하였다. 분석 결과, 모든 사시나무절 수종은 총 38개의 염색체를 가지며 이배체(2n = 38)인 것으로 나타났다. 핵형식(karyotype formula)은 사시나무가 2n = 28m + 6sm + 4st (2sat)로 나타났고, 은백양은 2n = 26m + 10sm (2sat) + 2st, 수원사시나무는 2n = 26m + 12sm (2sat), 현사시나무는 2n = 28m + 10sm (2sat)으로 나타났다. 염색체의 총 길이는 사시나무가 42.91 ㎛, 은백양이 47.92 ㎛, 수원사시나무는 39.59 ㎛, 현사시나무는 50.33 ㎛로 측정되었고 개별 염색체 길이의 범위는 사시나무는 1.45∼4.69 ㎛, 은백양은 1.37∼5.03 ㎛, 수원사시나무가 1.26∼4.53 ㎛, 현사시나무는 1.56∼5.36 ㎛으로 측정되었다. FISH 결과, 모든 수종에서 45S rDNA locus와 5S rDNA locus가 각각 한 쌍씩 염색체의 단완 부위에 나타났으며, 45S rDNA locus는 부속염색체의 인형성 부위에 나타났다. 이러한 점으로 볼 때 국내 사시나무절의 모든 수종이 유사한 핵형을 가지고 있었으며, 핵형의 유사성은 사시나무절 내의 종간교잡을 가능하게 하는 중요한 이유 중 하나로 생각된다. 2번 염색체의 경우 은백양이 4.52 ㎛, 현사시나무가 3.52 ㎛, 수원사시나무가 2.81 ㎛, 사시나무가 2.72 ㎛로 측정되었으며, 교잡에 의한 길이변화로 해석된다. 이번 연구는 사시나무절 육종과 유전학 연구의 기초자료가 될 것이며, 유전자지도 작성에 도움을 줄 것이다. 앞으로 연구에서 미완성 된 교잡종에서의 핵형분석이 필요할 것으로 보이며, 다른 절간의 핵형분석도 요구된다.