Systematic study on the Superfamily Majoidea (Crustacea : Malacostraca : Decapoda) from Korean waters

Abstract

Majoid crabs belong to one of the most diverse brachyuran taxa, with more than 900 species reported globally. As many morphologically as many species were there, there was confusion in identifying species or analyzing phylogeny. The aims of this study were to 1) study the taxonomy of Korean majoid crabs using morphological and molecular characteristics, and 2) infer the phylogenetic relationships of selected majoid crab species using complete mitochondrial genomes. Chapter 1 presents the results of literature surveys and specimen observations of majoid crab diversity in Korean waters. It includes an updated checklist, a key for identification of Korean majoid crabs, species descriptions including photographs of crab specimens, and distribution maps. The diversity survey confirmed the inhabit of 51 species of 29 genera belonging to 5 families, including nine species of six genera newly reported in Korea. The majoid crab diversity of Jejudo Island, where 33 species of 20 genera were collected, was the highest of the areas surveyed and included 20 species that were unique to the waters surrounding this island. A survey conducted in offshore waters (15 km or more from shore) identified majoid crab species that are rare or have not previously been reported in Korea. Morphology and COX1 molecular characteristics were analyzed and corrected for Pugettia quadridens sensu lato, which was frequently misidentified due to morphological similarity with each other. It has been confirmed that '뿔물맞이게', which has been known as P. quadridens in Korea, is P. ferox. Furthermore, P. quadridens sensu stricto also discovered from Korean waters. In this study, it was not confirmed that P. pellucens inhabit the Korean waters, and further study is needed to investigate the existence of this species. Chapter 2 presents the complete mitochondrial genomes of 10 majoid crab species which were determined to infer the phylogenetic relationships of Majoidea. Seven species of which were first reported in the Epialtidae, Inachidae, and Inachoididae. Phylogenetic relationships were analyzed using the maximum likelihood and Bayesian inference methods applied to the complete mitochondrial genome sequences of 14 species, selected to represent all six majoid crab families. According to the analysis, Oregoniidae was the first to branch, followed by Inachidae and Inachoididae. Phylogenetic placement of the genus Micippa of the Majidae requires further study. The Epialtidae was polyphyletic at the subfamily level, and the Mithracidae was located closest to the Epialtidae. The diversity of gene order patterns in majoid crabs was found to be relatively high in comparison with other brachyurans. Brachyurans are known to have eighteen gene order patterns, with eight of these found only in majoid crabs. Generally, gene order patterns were known to be conservative at the family level, but in Majoidea, there was a tendency to be partially conservative at the genus level.

물맞이게상과는 게하목 중에서 가장 다양한 종이 포함된 분류군 중 하나로 전세계에 900종이 넘게 보고되어있다. 많은 종 수만큼 형태적으로도 다양하여 그동안 종을 동정하거나 계통을 분석하는데 혼란이 있었다. 본 연구에서는 1) 형태학적 형질과 분자생물학적 형질을 이용하여 한국산 물맞이게상과의 분류학적 연구결과를 제시하고, 2) 미토콘드리아 전체 유전체를 이용하여 물맞이게상과의 계통유연관계를 추론하였다. 1장에서는 문헌 및 표본 조사를 통하여 한국해역에 물맞이게류 5과 29속 51종이 서식하는 것을 확인하였고 이에 대한 종목록, 분류검색표, 기재 및 분포 지도 등을 제시하였다. 본 연구를 통해 제주도에서 새롭게 채집된 6속 8종의 물맞이게류를 한국미기록 종으로 보고 하였다. 이와 함께 제주도 근해에서 채집된 종은 20속 33종으로 우리나라 다른 해역에 비해 물맞이게류의 종 다양성이 가장 높았으며 이 중 제주도에서만 발견된 종은 20종이었다. 육지에서 멀리 떨어진 해역에서는 지금까지 한국에서 보고되지 않은 미기록종과 드물게 서식이 확인된 종들을 확인할 수 있었다. 형태적 유사성으로 오동정이 잦았던 Pugettia quadridens sensu lato에 대해 형태 및 COX1 분자 형질을 비교 분석하여 재동정을 하였다. 지금까지 한국에서 P. quadridens로 알려져 있었던 뿔물맞이게가 P. ferox임을 확인하였고 P. quadridens 역시 서식하고 있는 것을 확인하였다. 본 연구에서 P. pellucens에 대한 한국해역의 서식은 확인하지 못하였는데 한국해역에서의 실존 여부에 대한 후속 연구가 필요하다. 2장에서는 물맞이게상과의 계통유연관계를 추론하기 위해 10종의 미토콘드리아 전체 유전체의 염기서열을 분석하여 결정하였다. 이 중 7종은 뿔물맞이게과, 거미다리게과, 한뿔두드럭게과에서 처음으로 미토콘드리아 전체 유전체의 염기서열이 결정된 것이다. 계통유연관계는 물맞이게상과의 6개 과를 모두 포함시킨 14종의 미토콘드리아 전체 유전체 염기서열을 이용하여 Maximum likelihood와 Bayesian inference 방법으로 분석하였다. 분석결과 긴집게발게과가 가장 먼저 분기되었고 거미다리게과와 한뿔두드럭게과가 그 다음으로 분기된 것으로 추론할 수 있었다. 물맞이게과에 속하는 누덕옷게속의 분류학적 위치에 대한 논의는 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 뿔물맞이게과는 아과 수준에서 다계통이었으며, Mithracidae는 뿔물맞이게과와 가장 가까웠다. 물맞이게상과에서 미토콘드리아 유전자 배열 순서의 다양성은 게하목에서도 상당히 높은 것으로 나타났다. 지금까지 알려진 게하목에서의 유전자 배열 순서는 18가지 였으나 물맞이게상과 내에서는 8가지가 나타났다. 일반적으로 유전자 배열 순서는 과 수준에서 보존적인 것으로 알려져 있었으나 물맞이게상과에서는 부분적으로 속 수준에서 보존적인 경향이 나타났다.