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획기적인 새로운 환경 DNA(eDNA) 도구가 과학자들이 볼락류(rockfish) 개체군을 모니터링하는 방식을 바꿀 전망이다. 볼락류는 알래스카에서 상업 및 레저 어업 모두에 중요한 어종이다. 물 샘플에서 채취한 DNA를 분석함으로써, 이 도구는 다양한 볼락류을 전례 없는 정확도로 식별할 수 있게 한다. 이는 기존 유전학적 방법으로는 구분하기 어려웠던 밀접하게 관련된 종들까지 포함한다.

바다에서 서로 다른 볼락류을 찾고 식별하는 일은 놀라울 만큼 까다롭다. 이들 어종 대부분은 분포가 불규칙하고 암반 서식지에 살기 때문에 그물 조사로 확인하기 어렵다. eDNA는 어류 생물다양성을 조사하는 인기 있는 방법으로 자리 잡았지만, 기존 방법들은 알래스카 수역에서 가장 풍부한 볼락류 종들조차 제대로 구분하지 못했다. 그러나 새로운 유전학적 도구인 Sebastes D-loop 프라이머 세트가 이러한 한계를 바꾸고 있다.

DNA 프라이머는 eDNA 속 표적 서열과 결합해 연구자들이 관심 있는 종을 증폭할 수 있게 해준다. 프라이머는 어류, 해양 포유류, 무척추동물, 상어, 그 외 물 샘플에 존재할 수 있는 다양한 생물을 식별할 수 있도록 설계된다. 최근 연구에서 NOAA Fisheries 과학자들은 이 프라이머 세트가 알래스카 수역의 거의 모든 볼락류 종을 성공적으로 식별할 수 있음을 보여주었다. 이는 상업적으로 중요한 이 어종들을 더 정확하고 효율적으로 모니터링할 수 있는 방법을 제공한다. 일부 매우 밀접하게 관련된 종은 여전히 추가적인 구분 작업이 필요하지만, 이 새로운 접근법은 볼락류 개체군 모니터링과 서식지 보호에 있어 큰 진전을 의미한다.

< eDNA를 이용한 볼락류 식별 >

볼락류는 전 세계적으로 110종 이상이 존재하는 매우 다양한 집단으로, 동북 태평양 연안 및 원해 생태계의 중요한 구성 요소다. 알래스카에서는 태평양 볼락(Pacific Ocean perch), 북방 볼락(northern rockfish), 흑볼락(dusky rockfish) 등이 주요 어업 자원을 형성한다. 그러나 이들 개체군을 모니터링하는 일은 특히 전통적인 트롤망 조사법을 사용할 수 없는 바위가 많은 “트롤 불가(untrawlable)” 서식지에서 어려움을 겪어왔다.

“eDNA 연구의 핵심 목표는 유전 데이터를 활용해 야생 개체군의 관리와 보전에 기여하는 것입니다.”라고 이번 연구의 제1저자이자 NOAA Auke Bay 연구소의 연구생물학자인 Kim Ledger는 설명한다. “eDNA 메타바코딩(metabarcoding)은 엄청난 잠재력을 지니고 있지만, 관심 있는 밀접 관련 종을 구분하지 못하는 한계가 자주 나타났습니다.”

이전 eDNA 도구들은 특정 볼락류 종을 구별하는 데 어려움을 겪었다. 예를 들어, 우럭(black rockfish)과 노랑꼬리볼락(yellowtail rockfish), 혹은 북방 볼락(northern rockfish), 흑볼락(dusky rockfish), 암볼락(dark rockfish)을 안정적으로 구분하지 못했다. 새로운 “Sebastes D-loop” 프라이머 세트는 변이가 많은 미토콘드리아 DNA 영역에 초점을 맞춤으로써 이러한 문제를 해결한다.

미토콘드리아 DNA는 세포 하나에 하나밖에 없는 핵 DNA와 달리 세포 내에 많은 수가 존재하기 때문에 더 풍부하다. 이 덕분에 환경 샘플에서 검출될 가능성이 훨씬 높다. 또한 미토콘드리아 DNA 일부 서열은 비교적 빠른 속도로 변화해, 종마다 다른 ‘지문’ 같은 독특한 유전 표지를 형성한다. 이는 특히 밀접하게 관련된 볼락류를 식별 및 추적하는 데 유용하다.

< 새로운 방법의 효과 검증 >

연구팀은 일련의 실험을 통해 새로운 프라이머 세트의 효과를 검증했다. 성체 볼락의 조직 샘플을 활용한 실험에서, 연구진은 총 42종의 볼락류 가운데 거의 전부를 정확히 식별하는 데 성공해 종 식별에서의 높은 정밀성을 입증했다. 또한 수조(통제 환경)와 실제 트롤 조사(비통제 환경)에서 채취한 물 샘플의 eDNA에서도 볼락류 DNA를 성공적으로 증폭해냈다.

“우리의 연구 결과는 Sebastes D-loop 프라이머 세트가 서로 다른 볼락류 종을 정확히 검출할 수 있음을 보여줍니다.”라고 Ledger가 말했다. “이는 eDNA 연구에서 종 식별과 계통 관계 파악을 개선하고, 볼락류 개체군을 신뢰성 있게 모니터링 및 평가하는 데 매우 유용한 도구입니다.”

연구는 또한 eDNA 분석의 핵심 쟁점 중 하나인 종 특이적 증폭 편향(species-specific amplification bias) 문제를 다뤘다. 이는 DNA 프라이머가 일부 종의 DNA와는 잘 결합해 증폭시키지만 다른 종의 DNA와는 그렇지 못해, 최종 DNA 샘플이 실제 환경 내 종 조성 비율을 제대로 반영하지 못하는 현상이다. 이로 인해 과학자들이 각 종의 상대적 개체 수를 추정하기 어려워진다. 연구팀은 서로 다른 볼락류 DNA의 비율이 이미 알려진 ‘모의 집단(mock community)’ 샘플을 사용해 이러한 편향을 정량화했다. 이는 미래의 정량적 응용에서 필수적인 단계로, 과학자들이 편향을 교정해 더 정확한 종 풍부도 추정을 가능하게 한다.

Sebastes D-loop 프라이머 세트는 즉각적으로 eDNA가 수산 자원 관리에 기여할 수 있는 길을 열어준다. 연구 저자들은 흑볼락(dusky rockfish) 와 암볼락(dark rockfish) 같은 일부 종 쌍은 이 특정 유전 마커로는 여전히 구분이 불가능하다고 인정한다. 그러나 추가적인 유전 데이터를 통합하면 이러한 까다로운 집단도 더 정밀하게 식별할 수 있을 것이라고 제안한다.

이 새로운 eDNA 프라이머 세트는 수산 자원 관리 도구에 강력한 보완책을 제공한다. 특히 접근하기 어려운 서식지에서 볼락류 개체군을 비침습적이면서도 종합적으로 평가할 수 있는 방법을 제공한다. 중요한 어종들을 더 높은 해상도로 정확히 식별할 수 있는 능력은 알래스카 볼락류 어업의 장기적 지속 가능성을 보장하는 데 필수적인 핵심 데이터를 제공할 것이다.

[출처] NOAA Fisheries 2025/08/21

[원문]

https://www.fisheries.noaa.gov/feature-story/improved-edna-primer-enhances-rockfish-species-identification-alaska