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ISSN : 1225-0171(Print)
ISSN : 2287-545X(Online)
Korean Journal of Applied Entomology Vol.58 No.2 pp.133-142
DOI : https://doi.org/10.5656/KSAE.2019.05.0.020

Geographical Variation of the Oriental Fruit Fly, Bactrocera dorsalis, Occurring in Taiwan

Yonggyun Kim*, Hyoil Kim, Md. Mahi Imam Mollah, Md. Abdullah Al Baki
Department of Plant Medicals, College of Life Sciences, Andong National University, Andong 36729, Korea
Corresponding author:hosanna@anu.ac.kr
March 26, 2019 May 15, 2019 May 16, 2019

Abstract


This study analyzed genetic variation of the Oriental fruit fly (OFF), Bactrocera dorsalis, which is designated to be a quarantine insect pest in Korea. OFF samples endemic to Taiwan were collected at three different locations (Taipei, Taichung, and Kaohsiung) for three days from July 30 to August 1 in 2018 and assessed in their age and mitochondrial DNA sequence variations. In these places, 1,085 OFF males were collected using methyl eugenol lure while 30 males of Zeugodacus cucurbitae and one male of Bactrocera tau were collected using Cuelure. A protein diet lure attracted 6 flies including one OFF and 5 flies of Z. cucurbitae. Male heads of OFF contained pterin, which increased in contents with age from 32 to 59 μg/head. There was a local variation in pterin amounts in OFF heads, in which Kaohsiung population had lower amounts of pterin than Taipei and Taichung populations. Genetic distance among these three populations were measured by random amplified polymorphic DNA and showed that Taipei population was separated from Taichung/Kaohsiung cluster. Genetic variation was also analyzed in sequence variations in cytochrome oxidase I (CO-I) and NADH dehydrogenase I (ND-I). There was 7.8% variation in CO-I sequence (360 residues) and 6.6% variation in ND-I sequence (213 residues). These polymorphic sites are proposed to be used to develop SNP (single nucleotide polymorphism) markers characteristic to Taiwan OFF populations.



오리엔탈과실파리 유전변이 - 대만 지역 집단변이

김 용균*, 김 효일, 마 히이맘몰라, 압 둘라알바키
안동대학교 생명과학대학 식물의학과

초록


본 연구는 국내 금지급 과실파리인 오리엔탈과실파리(Bactrocera dorsalis)에 대한 유전적 변이를 분석하였다. 이를 위해 오리엔탈과실파리 가 자생하는 대만 지역을 대상으로 2019년 동일한 시기(3일간: 7월 30일~8월 1일)에 서로 다른 세 지역(타이페이, 타이중, 카오슝)에서 과실파리 류를 채집하여 나이 변이 및 미토콘드리아 서열 변이를 각각 비교하였다. 세 지역에서 채집된 오리엔탈과실파리는 1,085마리로서 메틸유제놀 유 인제에 모두 유인되었으며, 큐루어 유인제에는 30마리의 오이과실파리(Zeugodacus cucurbitae) 및 1마리의 타우과실파리(Bactrocera tau)만 채집 되었다. 단백질먹이 유인제에는 총 6마리가 포획되었으며 이 가운데 오리엔탈과실파리는 1마리가 포함되었으며 나머지는 오이과실파리였다. 오리 엔탈과실파리 수컷의 머리에는 테린이 포함되었으며 나이가 증가함에 따라 각 머리에는 32 μg에서 59 μg까지 테린 함량이 증가하였다. 대만 세 지 역의 수컷 집단들은 테린 양에 차이를 나타냈으며, 카오슝 집단이 타이페이와 타이중 집단에 비해 적은 테린 양을 보유하였다. 이들 세 지역 사이 에 유전적 거리가 RAPD (random amplified polymorphic DNA)를 이용하여 분석되었으며 타이페이 집단이 타이중 및 카오슝 집단들과 차이 를 나타내는 것으로 나타났다. 유전적 변이는 미토콘드리아의 cytochrome oxidase I (CO-I)과 NADH dehydrogenase I (ND-I)을 각각 비교 하였다. CO-I 영역 가운데 360개 염기서열을 비교한 결과 7.8%의 염기서열 변이를 나타냈다. ND-I 영역을 비교한 결과 213개 염기서열 가운데 6.6%의 염기서열 변이를 보였다. 이들 변이 서열을 대만 지역에 발생하는 오리엔탈과실파리의 특이적 SNP (single nucleotide polymorphism) 마커로 개발하는 데 추천한다.



    일명 과실파리(fruit flies)는 과실파리과(Tephritidae)와 초 파리과(Drosophilidae)로 대별된다. 과실파리과는 약 4,700여 종 및 500여 속으로 분류되고 있다(Norrbom et al., 1999). 이 가 운데 농작물에 피해를 주는 과실파리 종은 5개 속(Ceratitis, Anastrepha, Rhagoletis, Bactrocera, Zeugodacus)에 주로 위치 하고 있다. 그러나 새로운 종의 발견과 분자 동정 기술의 발달로 이들 과실파리의 분류 체계는 지속적으로 수정되고 있다. 예를 들어, BactroceraZeugodacus와 함께 Dacus 속에 속한 아속 (subgenus)이었지만 최근 분자계통기술을 통해 Bactrocera와 더불어 Zeugodacus도 개별 속으로 다시 분류되었다(Virgilio et al., 2015). 일환으로 국내에 발생하는 호박과실파리(Bactrocera depressa)는 Zeugodacus bezzianus와 동종이명 처리되었다 (Han et al., 2017).

    이들 과실파리 해충들은 다양한 기주 범위와 높은 이동력으 로 이들 과실파리가 발생하지 않는 지역에서 주요 검역 대상 해 충으로 자리하고 있다. 국내에서는 현재 검역본부에서 규정한 60종의 금지해충 중에서 41종이 이들 과실파리가 차지하고 있 다(APQA, 2018). 금지해충 41종 가운데 동남아시아 및 오스트 레일리아에 주로 분포하는 BactroceraZeugodacus 속이 21 종으로 다수를 차지하며, 중남미에 주로 분포하는 Anastrepha 속이 8종, 북미에 주로 분포하는 Rhagoletis 속이 6종을 차지하 고 있으며, 이 외에 Carpomya, Ceratitis, Zonosemata 속에 각 각 1~3종이 차지하고 있다(Kim et al., 2017a). 그러나 최근 재 분류 작업을 통해 이들 국내 검역 대상 과실파리는 68종으로 늘 게 되었으며, 이 가운데 주요 10종에 대한 방역 매뉴얼이 개발 되어 동정기술, 상시 및 긴급 모니터링 기술, 침입 과실파리의 확산 예상지역 및 발생 세대기간 예측 기술 및 박멸 방제 기술 들을 포함시켰다(Kim et al., 2017a, 2018a).

    금지급 과실파리에 대한 모니터링은 이들을 특이적으로 유 인하는 유인제를 이용하고 있다. 큰과실파리아과(Dacinae)에 속한 과실파리류는 식물의 이차대사물질인 raspberry ketone (RK: 4-(p-hydroxyphenyl)-2-butanone)과 methyl eugenol (ME: 4-allyl-1,2-dimethoxy-benzene)이다(Cunningham, 1989). RK 화합물의 안정화를 위해 아세틸기를 붙여서 Cuelure (CL: 4-(p-acetoxyphenyl-2-butanone))로 명명하여 상품화였다. ME 는 적어도 200여 종(32개 과)의 기주 식물체에서 생산하며, 다 수의 Bactrocera 과실파리류 수컷을 유인한다. Bactrocera 수 컷이 ME에 유인되는 이유는 이들 과실파리류의 약물섭식행동 (pharmacophagy)에 기인된다. 즉, ME를 섭취한 수컷은 암컷 의 이들에 대한 선호성을 높여 주어 교미 성공률이 증가되고 (Tan and Nishida, 1998; Shelly, 2000), 섭취된 식물체 유인 물 질은 과실파리 포식자에게 알로몬으로 작용하는 이점을 갖는 다(Nishida and Fukami, 1990; Tan, 2000). 한편 식물체 입장에 서 ME는 과실파리를 유인하여 자신의 화분매개를 도모할 수 있는 시노몬으로 작용하게 된다(Raghu, 2004).

    유인제의 야외 지속성을 높이기 위해 유인 물질 제제화 기술 이 개발되었다. 국내에서는 기존의 솜뭉치 방출기를 대체하고 자 왁스 물질을 이용한 고체형 방출기가 개발되었다(Kim et al., 2017b). CL 유인제를 왁스 제형에 포함시킨 결과 호박꽃과실 파리(Zeugodacus scutellata)의 월동 개체군 모니터링이 가능 하였다(Al Baki et al., 2017). 이 왁스 제형을 이용한 ME 또는 CL 유인제의 금지급 과실파리에 대한 적용성을 판단하기 위해 이들 과실파리가 발생하는 말레이시아(Kim et al., 2017c), 대만 (Kim et al., 2018b) 및 태국(Choi et al., 2018) 현지에서 모니터 링한 결과 오리엔탈과실파리(Bactrocera dorsalis), 오이과실 파리(Zeugodacus cucurbitae), 타우과실파리(Bactrocera tau), Zeugodacus caudata가 유인되는 것을 확인하였다. ME와 CL은 모두 수컷을 유인한 반면 단백질 먹이 원을 기반으로 terpinyl acetate (TA)를 첨가한 제형은 암컷을 유인하여 이들 해충을 방제할 가능성을 열어 주었고, 이를 향후 암컷소거제(female annihilation technique, FAT)로 개발하려 하였다(Kim and Kwon, 2018).

    최근 들어 국내에 출현하는 오리엔탈과실파리에 대한 우려 가 높다(Kim and Kim, 2016). 이들 개체들이 국내에서 정착한 개체인지 아니면 이주 또는 교역을 통해 인위적으로 들어온 것 인지에 대한 의구심을 갖게 한다. 더욱이 이들의 출현이 여름 철 태풍이 지나간 후에 발견되어 태풍의 경로를 따라 국내로 유 입되었을 가능성도 제기되었다. 여기에 2016년 출현한 오리엔 탈과실파리가 태풍의 경로를 살펴보면 오리엔탈과실파리가 서 식하는 대만 지역에서 국내로 들어왔을 가능성이 제기되었다. 국내 출현한 개체들의 원산지 추적은 분자마커들을 통해 가능 할 수 있었다. 이를 위해 우선 대만 집단의 유전적 다양성을 분 석할 필요가 있다. 일환으로 2017년 8월에 대만 타이중 지역에 서식하는 과실파리에 대해서 ME와 CL 유인제로 모니터링한 결과 ME 유인제에는 모두 오리엔탈과실파리 그리고 CL 유인 제에는 오이과실파리와 타우과실파리가 각각 유인되었다(Kim et al., 2018b). 이를 기반으로 대만 지역에 분포하는 과실파리 종다양성 및 이 가운데 오리엔탈과실파리의 집단적 분화를 분 석하여 추후 국내에 출현하는 과실파리에 대한 원산지 추적을 가능하게 할 기초 자료 확보가 요구되었다. 이를 위해 대만을 북쪽의 타이페이, 중부의 타이중 그리고 남부의 카오슝으로 세 분하여 유사한 시기에 지역 및 집단간 차이의 분석과 최근 새롭 게 암컷을 유살하려 개발된 TA 첨가 FAT의 급지급 과실파리 에 대한 유인효과를 결정하고자 본 연구가 추진되었다.

    재료 및 방법

    대만 현지 조사 지역

    대만 세 지역(타이페이, 타이중, 카오슝)을 대상으로 2018년 7월 30일에서 8월 1일까지 3일간 과실파리를 포획하였다. 타이 페이 지역에서는 국립대만대학교에서 실시하였으며, 대학 내 세 지역(수목원, 원예학과 온실, 생물학과 주변)에 트랩을 설치하 였다. 타이중 지역에서는 중흥대학교의 세 지역(원예학과 온실, 구아바 실험 포장 및 채소 재배 실험 포장)을 이용하였다. 카오 슝에서는 해안 공원에 세 군데를 설정하여 트랩을 설치하였다.

    유인 물질 제형화 및 트랩설치

    ME와 CL은 Kim et al. (2017b)의 방법으로 왁스 제형화하 였다. 왁스제형은 그린아그로텍(경산, 한국)에서 구입한 델타 트 랩의 루어 통에 채워 설치하였다. FAT은 Kim and Kwon (2018) 의 방법으로 제조하였으며, 물로 100배 희석하여 McPhail 트랩 (Pherobank, Wijk bij Duurstede, Netherlands)에 설치하였다.

    과실파리 판별

    유인 물질에 채집된 과실파리는 형태적 특징으로 동정되었 다. 우선 복부 말단 산란관 유무로 암수를 판별하였다. 이후 ME 에 유인된 개체들 가운데 가슴 위판에 나타나는 세로줄의 개수 로 두 줄이면 오리엔탈과실파리로 판정하였으며, CL에 유인된 개체들 가운데 가슴 위판의 세로줄이 세 줄이면 오이과실파리, 두 줄이면 타우과실파리로 각각 판별하였다. 다시 오이과실파 리의 특징적 날개의 반점을 확인하여 CL에 잡힌 과실파리의 종 판정을 확인하였다. FAT 채집된 개체도 이상의 형태적 특징 을 가지고 암수 및 종을 판별하였다.

    과실파리 수거 및 운송

    델타트랩의 끈끈이 판 그리고 McPhail 트랩에 포획된 성충 을 모두 핀셋으로 떼어 70% 알코올에 담았다. 또한 피해 과실 에 있던 유충도 과실에서 분리하여 70% 에탄올에 담았다. 이후 국내로 이송되어 유전자 분석 및 pterin 분석에 이용되었다.

    분자동정

    전체 게놈 DNA는 Chelex 방식(Kim and Kim, 2014)을 이용 하여 추출하였다. 간략하게 기술하면, 과실파리 성충 1마리에 500 μl의 20% Chelex를 채우고 95℃에서 20분간 가온하였다. 이후 2분간 얼음에 보관하여 반응을 정지시킨 후 다시 14,000 × g에서 3분간 원심분리한 후 상등액을 추출하여 PCR에 이용하 였다. PCR 조건은 전체 반응용액이 25 μl를 기준으로 주형 DNA는 1 μl, 10x 완충용액은 2.5 μl, 기질 dNTP (각각 10 mM) 는 2.5 μl, 프라이머(10 pmol/μl)는 각각 2.5 μl, Taq polymerase 가 1 μl 그리고 탈이온증류수가 13 μl로 구성되었다. Cytochrome oxidase I (CO-I) 유전자 프라이머는 5'-GTAAAACGA CGGCCAGGGAGGATTTGGAAATTGATTAGTTCC-3'과 5'-CAGGAAACAGCTATGACCCCGGTAAAATTAAAAT ATAAACTTC-3 그리고 NADH dehydrogenase 1 (ND-1)은 5'-GTAAAACGACGGCCAGTTCTGATTCACCTTCAGC- 3'과 5'-CAGGAAACAGCTATGACAATAGTTGCTGGTTG ATCTTC-3'을 이용하였다. 각 5‘말단에 M13 범용 프라이머 서 열(밑줄 친 부위)을 이용하여 염기서열 분석을 진행하였다.

    생물정보학

    염기서열 분석은 Lasergene (DNAStar, Version 6.0, Madison, WI, USA)의 EditSeq 프로그램을 이용하였다. 이때 electropherogram을 확인하여 불량 서열을 제거하였으며 최종적으로 얻어진 서열을 NCBI-GenBank (www.ncbi.nlm.nih.gov)의 BlastN 프로그램을 이용하여 과실파리 종을 판별하였다. 분자 계통분류는 BioEdit 7.2 프로그램을 이용하여 각 염기서열을 정렬하였으며, MEGA 6.0 프로그램(Tamura et al., 2013)의 Neighbor-joining 방법을 이용하였다.

    오리엔탈과실파리 성충 머리 테린 분석

    테린 정량 분석은 형광분광광도계를 이용하여 측정하였다 (Al Baki et al., 2017). 발육시기별 오리엔탈과실파리는 미국 하와이 USDA 연구실에서 사육하는 실내충을 대상으로 실내 온도 25℃에서 우화 후 5일 간격으로 한 달 동안 시료를 모았고 이들 과실파리 머리를 절단하여 냉장 보관 후 국내로 이송하였 다. 각 나이에는 30개체가 분석에 이용되었다. 각 파리의 머리 를 950 μL의 50 mM Tris 완충용액(pH 7.5)에 넣고 분쇄하였 다. 이후 12,500 × g의 원심력으로 3분간 분리한 후 상등액을 얻어 Tris 완충용액으로 두 배 희석한 후 형광광도계(Victor X3 Multimode Plate Reader, Perkin Elmer, Waltham, MA, USA) 를 이용하여 455/550 nm 파장을 이용하여 형광(fluorescence: FLU)을 측정하였다. 발육 시기에 따른 테린 양은 알려진 테린 양을 통한 정량 분석으로 μg/head로 표기하였다. 대만 지역별 오리엔탈과실파리의 테린 양은 FLU/head로 표기하였다.

    Random amplification of polymorphic DNA (RAPD)를 이용한 지역집단 사이 유전거리 분석

    Al Baki et al. (2018)의 방법을 따라 오리엔탈과실파리 지역 집단 사이 유전거리가 분석되었다. 간략히 기술하면 앞에서 기 술한 Chelex 방식으로 게놈 DNA를 추출한 후 N-8013 (5'-GTT TCGCTCC-3')과 N-8041 (5'-ATCGGGTCCG-3') RAPD 프라 이머를 이용하여 PCR 반응이 진행되었다. PCR 반응물(25 μL) 은 1 μL의 gDNA, 2.5 μL의 10x PCR 완충용액, 2.5 μL의 dNTP, 2 μL의 RAPD primer, 1 μL의 Taq polymerase (GeneAll, Seoul, Korea), 그리고 16 μL의 탈이온증류수로 구성되었다. MyCycler™ Personal Thermal Cycler (Biorad, Hercules, CA, USA)를 이용하여 94℃에서 2분간 열처리한 후 35회 증폭 주 기로 진행되었다. 각 증폭 주기의 조건은 94℃에서 1분, 48℃ 에서 1분 그리고 72℃에서 1분으로 구성되었다. 얻어진 각 PCR 증폭물 밴드는 RAPD 유전좌위로 간주하고 이를 기반으로 유 전자빈도를 산출하였다. 각 지역 집단은 30개체를 이용하였다. 집단 사이 유전자거리는 다변량분석 가운데 계층군락분석법 (hierarchical cluster analysis)으로 SAS 프로그램의 PROC CLUSTER (SAS Institute, 1989)를 이용하였다.

    결 과

    유인 물질별 과실파리 채집

    세 가지 서로 다른 유인 물질을 이용하여 대만 지역의 과실 파리를 모니터링하였다(Table 1). 다수의 과실파리가 ME에 유 인되었으며, 모두는 형태적으로 오리엔탈과실파리로 판명되 었다. CL에는 대부분 오이과실파리이며, 1마리의 타우과실파 리가 원예학과 온실에 주변 트랩에서 채집되었다. FAT 유인제 의 경우 대부분 오이과실파리였으며, 1마리의 오리엔탈과실파 리 암컷이 카오슝에서 채집되었다.

    피해과 유충 채집

    타이페이 대만국립대학교 생물학과 앞에 있는 蓮霧 (Lian Wu) 일명 wax apple 또는 자바사과(Syzygium samarangense) 로 불리는 열매에서 과실파리로 추정되는 유충을 포획했다 (Fig. 1A). 유충의 형태를 살펴보면 머리 부위에서는 두부-인두 골격(cephalo-pharyngeal skeleton)과 구강융기(buccal carinae) 형태가 관찰되었다(Fig. 1B). 복부 말단에서는 3쌍의 후기문이 소수성 털과 함께 관찰되었다(Fig. 1C). CO-I 염기서열을 분석 한 결과 오리엔탈과실파리로 판명되었다(Fig. 1D).

    오리엔탈과실파리 지역 집단 사이 연령 변이

    세 지역에서 거의 동시에 채집한 집단 사이에 연령 비교가 머리에 존재하는 테린의 양으로 비교하였다. 실내에서 사육한 오리엔탈과실파리의 우화 후 나이별로 존재하는 테린 함량을 정량 분석하였다(Fig. 2). 이 테린 함량은 암수 사이에 그리고 나 이에 따라 뚜렷한 차이를 보였다(Table 2). 수컷의 경우 32 ug/ 머리에서 나이가 진행함에 따라 59 ug/머리 까지 증가하였다. 이를 기반으로 대만의 세 지역에서 채집된 수컷들의 나이 분포 를 측정한 결과 집단 간 테린 함량에 차이를 나타냈다(F = 5.50; df = 2, 87; P = 0.0056). 본 연구에서 테린 분석 결과 카오슝 집 단이 뚜렷하게 차이가 나는 것을 알 수 있고, 타이페이와 타이 중은 유사한 나이층을 가졌을 것으로 나타났다.

    지역 집단 간 오리엔탈과실파리의 유전적 거리

    이들 세 지역 사이에 유전적 거리가 RAPD를 이용하여 분석 되었다(Fig. 3). 두 RAPD 마커 모두는 타이페이 집단이 타이중 및 카오슝 집단들과 차이를 나타내는 것으로 나타났다. 두 마커 사이에 집단 간 차이를 비교하여 보면 8011 RAPD 마커(0.0~ 1.25)가 8041마커(0.0~1.10) 보다 집단 유전적 차이를 크게 보 였다.

    지역 및 집단 간 오리엔탈과실파리의 DNA 바코드 분석

    DNA 바코드로 이용되는 CO-I 영역을 각 집단별로 6개체 씩 염기서열을 분석하였다(Fig. 4A). 전체 15개체를 비교한 결과 집 단 간 큰 차이 없이 임의로 개체들이 묶여지는 양상을 나타냈다. 이를 세부적으로 파악하기 위해 전체 360개 염기서열을 각 지 역 집단에서 먼저 상동성을 분석하여 하나의 공통 서열을 만들 어 본 결과 여러 degenerate code가 나타나 각 지역집단 내에서 염기서열 변이가 있는 것으로 파악하였다. 이러한 집역 집단의 공통서열을 다시 지역 간 상호 비교한 결과 28개의 다형좌위를 발견하여 7.8%의 염기서열 변이를 나타냈다(Table 3). 이들 다 형좌위는 transition과 transversion 돌연변이에 의해 나타났으 며 특히 42번째 위치 A (A-42), 55번째 위치의 C (C-55) 그리고 208번째 위치의 C (C-208)는 적어도 2개 집단에서 다형을 보이 는 hot spot 다형좌위로 여겨진다(Fig. 5A).

    ND-1 영역을 비교한 결과 CO-I과 마찬가지로 지역 개체들 사이에는 상호 뚜렷한 차이 없는 변이성을 보였다(Fig. 4B). 각 지역별로 공통서열을 바탕으로 3개 지역 집단을 다시 비교한 결과 비교된 213개 염기서열 가운데 14개의 다형좌위가 존재 하여 6.6%의 염기서열 변이를 보였다(Table 4). 이들 다형좌위 는 transition과 transversion 돌연변이에 의해 나타났으며 특히 67번째 위치 G (G-67), 151번째 위치의 T (T-151) 그리고 167번 째 위치의 G (G-167)는 hot spot 다형좌위로 간주된다(Fig. 5B).

    고 찰

    오리엔탈과실파리는 다양한 형태 변이 및 종복합체로 이뤄 져 있다(Kim et al., 2017a). 따라서 이 종의 종내 다양성은 필연 적이라 볼 수 있다. 본 연구는 이러한 배경 하에 국내 유입되는 오리엔탈과실파리의 원산지 가운데 하나로 볼 수 있는 대만을 대상으로 오리엔탈과실파리의 변이성을 분석하고 추후 국내 유입될 수 있는 이 종의 유입경로를 파악하는 데 응용하려 수행 되었다.

    대만에 분포하는 과실파리의 주종은 오리엔탈과실파리였 다. 비교적 금지급 과실파리에 많이 유입되는 ME와 CL 두 유 인제를 사용하여 3개 대만 지역에서 채집된 과실파리의 수를 헤아려 보면 총 1,112개체수 가운데 1,085마리가 오리엔탈과 실파로서 약 97.0%를 차지하였다. 물론 이들은 거의 모두 ME 유인제에 포획되었으며, 1마리만이 FAT 먹이 유인제에 포획 되었다. CL에 유인된 개체는 대부분은 오이과실파리였으나 일 부 타우과실파리가 포함되었다. 이러한 대만의 종 분포는 2017 년 Kim et al. (2017c)이 타이충 현지에서 포획한 종류 및 밀도 와 유사한 패턴을 보여 오리엔탈과실파리는 대만의 주된 과실 파리 종으로 판단된다. 이렇듯 대만 지역에서 우점하여 발생하 는 오리엔탈과실파리에 대해서 방제용으로 사용되는 MAT 기 술은 naled라는 유기인계 살충제를 함유하고 있으나, 이에 대한 대만 오리엔탈과실파리가 저항성을 보였으며 페닐피라졸 계통 의 fipronil 살충제로 대체하면서 감수성을 증가시켰다(Chen et al., 2018). 이러한 연구는 만약 대만에서 오리엔탈과실파리가 국내로 유입될 경우 방제해야할 살충제 선정에 유용한 정보를 제공하여 준다.

    대만에 서식하는 오리엔탈과실파리는 지역 간 발육 상태의 차이 및 유전적 변이를 나타냈다. 오리엔탈과실파리의 성충 나 이는 머리에 존재하는 테린 함량으로 분석하였다. 테린은 체내 핵산의 부산물로 겹눈 주변에 저장형 배설태로 존재하기에 성 충 발육이 진행함에 따라 축적량이 증가하여 성충 나이를 판별 하는 분자지표로 여러 파리류에서 사용되었다(Krafsur et al., 1999). 오리엔탈과실파리의 테린 양은 우화 직후 낮은 양으로 존재하였으나, 성충 발육이 진행함에 따라 증가하는 경향을 나 타냈다. 이러한 사실을 바탕으로 대만의 세 지역에서 포획된 오 리엔탈과실파리에 대해서 상대적 정량을 분서한 결과 타이페 이와 타이중은 유사한 함량을 나타냈으나, 카오슝 집단은 현격 하게 낮은 테린 함량을 나타냈다. 이는 남부 지역인 카오슝에서 은 새롭게 발육되어 나오는 성충이 북쪽 지역 보다 더 빈번하다 는 것을 제시하고 있다. 이러한 지역 집단 간 차이는 RAPD를 이용한 유전적 변이에서도 볼 수 있다. 두 RAPD 지표 모두는 카오슝과 타이중이 유사한 유전적 특성을 가지는 반면 북쪽 집 단인 타이페이 집단과는 차이를 보였다. 즉, 나이 및 유전적 변 이 결과를 종합하여 보면 이들 지역간 오리엔탈과실파리는 거 리 비례적 상호 이주가 존재하였다는 것을 제시하고 있으며, 여 기에서 카오슝은 더욱 새로운 개체가 지속적으로 발생하여 북 쪽 지역으로 집단 이동의 원류 역할을 담당할 것으로 추정된다. 대만에서 오리엔탈과실파리의 최초 보고는 1912년으로 거슬 러 올라간다. 이는 원산지에서 대만으로 이주하여 들어왔다는 것을 의미하며, 이러한 대만 집단에 대한 오리엔탈과실파리의 원산지로서 중국 남부 지역을 제기하였다(Wan et al., 2012). 또 다른 이주 가설로 대만에 분포하는 오리엔탈과실파리의 기원 에 대해서 분자지표로 조사한 연구에 따르면 동남아 여러 지역 에서 대만으로 유입되었을 가능성을 제기하고 있다(Wu et al., 2014). 이 연구에서는 태국과 필리핀 지역을 중심으로 다양한 유전적 변이가 존재하며 이들 가운데 특별한 유전적 계통이 대 만 및 여러 남부 중국지역으로 이주하였을 것이라고 ND-1 서 열 분석에서 제시하였다. 여기에 본 연구는 대만 내에서 이 과 실파리의 이주는 남쪽 카오슝에서 북쪽 타이페이로 이주할 가 능성을 제기하고 있다.

    대만 지역 내에서 오리엔탈과실파리의 유전적 다양성 및 이 를 판별할 수 있는 특이적 분자마커는 이 지역에서 국내로 침입 하여 올 수 있는 개체들의 원산지를 추적하는 데 이용될 수 있 다. 이러한 기술이 가능하기 위해서는 이들 집단 사이에 DNA 다형좌위 탐색이 필요하다. 이를 위해 CO-1과 ND-1에서 다형 유전좌위를 분석하였다. 본 연구에 이용된 CO-I 서열은 이 효 소 유전자의 5‘에 위치한다. 생명 바코드(Barcode of Life) 컨소 시엄에서는 CO-I 유전자 가운데 앞부분 1/3 영역을 DNA 바코 드(DNA barcoding region)으로 규정하고 여러 종에서 database 를 구축하고 있다(Ratnasingham and Hebert, 2007). 이 효소는 진핵생명체의 미토콘드리아 내막 단백질로 전자전달에 중요한 역할을 담당하여, 유전자 서열 변화에 의해 이 효소 활성의 변 화는 대사작용에 치명적 손상을 입히게 된다. 따라서 이 유전자 의 돌연변이는 극도로 제한적으로 일어나는데 예를 들면, 초파 리와 사람의 CO-I 유전자의 상동성은 69%이고, 사람과 침팬지 는 91%를 보이고 있다(Lomax et al., 1992). 특별히 아미노산 서열로 비교하면 이들의 상동성은 더욱 높아지는데 이는 기능 적 아미노산 서열을 유지하려는 침묵돌연변이(synonymous mutation)에 기인된 것이다. 이 서열을 중심으로 종을 구분하는 것은 무리가 있으나 일반적으로 같은 종이라면 1~2% 차이를 보 이며, 2% 차이가 넘으면 다른 종으로 간주할 수 있다(Cognato, 2006). 본 연구에서 조사한 CO-1 서열 비교는 360개 염기서열 가운데 28개 위치에서 변이를 보여 마치 다른 종이 혼재해있는 것처럼 보이나, 이는 적어도 15개체 이상의 위치별 상이한 변이 를 모두 합한 총변이 빈도이기 때문에 높아진 것으로 이해된다. 특이할 점은 이 다형변이를 보이는 위치들 가운데 3개는 전체 대만 지역의 변이를 보이는 것으로 나타났다. 이를 대만 지역에 발생하는 오리엔탈과실파리의 주요 SNP (single nucleotide polymorphism) 마커 개발에 이용되기를 추천하고 이를 향후 지역 간 오리엔탈과실파리의 변이를 보는 데 응용되기를 기대 한다.

    사 사

    오리엔탈과실파리를 나이별로 제공하여 준 하와이 USDA 의 Steven Souder에게 감사의 말씀을 전합니다. 대만에서 과실 파리 채집에 경희대 의학전문대학원 과정의 김효진 학생이 도 움을 주었습니다. 본 연구는 iPET의 수출전략기술개발사업의 일환으로 수행되었다. 또한 본 연구는 2018년도 안동대학교 학 생교육지도비도 일부 지원되었다.

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    B. dorsalis larvae infesting wax apple (Syzygium samarangense) in National Taiwan University. (A) A damaged fruit containing larvae (B) Anterior morphology showing mouth part (C) Posterior morphology showing spiracles (D) CO-I sequence and Blast search.

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    Age variation of B. dorsalis male adults among different places of Taiwan. (A) Head pterin amounts in different ages of B. dorsalis adults reared at 25°C. (B) Pterin amounts in three different locations in Taiwan. In each locality, 30 male heads were analyzed. Different letters above standard error bars indicate significant different among at type I error = 0.05 (LSD test).

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    Genetic distance analysis among three local populations of B. dorsalis using RAPD. Their hierarchical clustering using 8041 (A) and 8011 (B) RAPD markers.

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    Phylogenetic analysis of three local populations of B. dorsalis using CO-I (A) and ND-I sequences. Three locations include 6 fly samples of Taipei (TP1-TP6), Taichung (TC1-TC6), and Kaohsiung (TK1-TK6). All sequences were aligned with BioEdit 7.2 program and trimmed off. The processed sequences were phylogenetically analyzed with Neighbor-joining method using MEGA 6.0 program (Tamura et al., 2013). Figures at tree nodes indicate bootstrap values obtained after 1,000 repetitions.

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    Sequence alignments of CO-I (A) and ND-I (B) of B. dorsalis collected from three locations in Taiwan: Taipei (TP), Taichung (TC), and Kaohsiung (TK). Alignment was performed by two steps. At first step, 6 individual DNA samples were aligned to produce a conserved sequence using Clustal W program of DNAStar-SeqMag. In next step, three conserved sequences were aligned. Arrows indicate hot spots containing polymorphic sequences at least two locations.

    Statistic of fruit fly collection from July 30 to Aug 1 in Taiwan

    ANOVA of pterin amounts in B. dorsalis heads

    Polymorphic sites in 360 nucleotides of CO-I of B. dorsalis in three Taiwan populations: Taipei, Taichung, and Kaohsiung

    Polymorphic sites in 213 nucleotides of ND-I of B. dorsalis in three Taiwan populations: Taipei, Taichung, and Kaohsiung

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