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Development of Allotriploid Embryos from Female Olive Flounder Paralichthys olivaceus Crossed with Male Starry Flounder Platichthys stellatus

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628

Copyright © 2016 The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815

서 론

넙치

(Paralichthys olivaceus)

한국

,

일본중국을포함하 동북아지방중남미에서양식대상종으로각광받고있으

,

우리나라는

2004

년부터국립수산과학원육종연구센터에 선발육종기법을통하여생산한

킹넙치

(KingNupchi)’

민에게보급하고있다

(NFRDI, 2013).

넙치는성장이빠르고맛이좋은장점을가지고있으나비브 리오병

,

에드워드병세균성질병과함께특히

,

스쿠티카섬모

(Philasterides dicentrarchi)

감염에매우취약하고

(Jin et al.,

2003),

동절기에 성장이느려지며저염분도의해수에서 종묘

생산사육이어려운문제점을지니고있다

(Do et al., 2014).

강도다리

(Platichthys stellatus)

가자미목

(Pleuronectiformes),

가자미과

(Pleuronectidae)

속하는저서성어류로

,

한국을

롯한일본

,

오호츠크해

,

베링해에서캘리포니아만에이르는 태평양의전해역에광범위하게분포한다

(Lim et al., 2007).

들은성장이넙치에비해느린단점을지니고있으나

,

냉수성 종으로강한내병성광염성등의특징을가지고있어우리

나라에서 양식생산량이점차증가되고있다

(Kim, 2012; Do

et al., 2014).

어류에서잡종유도는우량형질을가진종간교배를통해 단기간최소한의노력으로산업성획득형질인잡종강세를 얻기위해시도된다

(Kim et al., 1995).

이에따라국립수산과학 원에서는환경변화에강하고성장이빠른품종을개발하기

넙치와강도다리종간의잡종을유도하여특허

(Korean

intellectual property office, 2006))

출원한있으나

,

이들

잡종은부화율이대조군에비해

20.0%

정도로보고된있다

(Do et al. 2014).

그러나이러한잡종의낮은생존율은잡종

3

넙치(Paralichthys olivaceus)와 강도다리(Platichthys stellatus)간 유도된 잡종 3배체의 난발생

정효선·고민균·이효빈·김동수

1

*

부경대학교 수산생물학과, 1부경대학교 해양바이오신소재학과

Development of Allotriploid Embryos from

Female Olive Flounder Paralichthys olivaceus Crossed with Male Starry Flounder Platichthys stellatus

Hyo Sun Jung, Min Gyun Ko, Hyo Bin Lee and Dong Soo Kim

1

*

Department of Fisheries Biology, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

1

Department of Marine Bio-Materials & Aquaculture, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

We investigated the characteristics and rate of development of allotriploid embryos derived from a cross between female olive flounder Paralichthys olivaceus and male starry flounder Platichthys stellatus . The allotriploidy was induced by cold shocking fertilized eggs three minutes post-fertilization at 3°C for 45 minutes. The average cellular DNA content of the allotriploid embryos was 2.06±0.03 pg/cell, which is equal to the sum of the cellular DNA content of a diploid olive flounder (1.42 pg/cell) and a haploid starry flounder (0.66 pg/haploid cell). The first cleavage, mid- blastula, gastrula and Kupffer's vesicle appearance stages of the allotriploid eggs began at 1.5, 8, 13 and 26 hours after cold shocking at 18°C, respectively. The developmental rate of allotriploid eggs was equivalent to that of diploid and triploid olive flounder eggs at 10, 14 and 18°C. However, the hatching times of allotriploid eggs, 7 h at 10°C, 5 h at 14°C and 4 h at 18°C, were earlier than those of diploid and triploid olive flounder.

Key words: Embryonic development, Allotriploid, Olive flounder

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial Licens (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

http://dx.doi.org/10.5657/KFAS.2016.0628 Korean J Fish Aquat Sci 49(5) 628-634, October 2016

Received 30 June 2016; Revised 19 October 2016; Accepted 25 October 2016

*Corresponding author: Tel: +82. 51. 629. 5914 Fax: +82. 51. 629. 5908

E-mail address: [email protected]

(2)

체의유도에의해회복되는경향을보이는것으로보고되고

(Piferrer et al., 2009).

이에연구에서는종간잡종

3

배체의양식대상종으로써 가능성을알아보고자넙치암컷과강도다리수컷을이용하여 잡종

3

배체를유도하였고이들의난발생을넙치의

2

배체

3

배체와비교분석하였다

.

재료 및 방법

실험어

연구에대조군으로사용된넙치

2

배체와

3

배체는국립수산 과학원육종연구센터에서선발육종기법을통하여생산된킹넙

(KingNupchi)

난과자성발생성

2

배체킹넙치수컷의정자 사용하였다

.

잡종

3

배체유도에사용된강도다리정자는 제도의민간양식장과부산시남천동의수산시장에서구입한 체중

400-600 g

강도다리를센터에서

1

년간사육한

6

마리를선별하여이들의정자를사용하였다

.

배수체 유도 및 분석

넙치의

3

배체잡종

3

배체유도에사용된난과정자는

1

처리시암컷

6

미로부터복부압박법으로확보된난질이 수한

4

미의난과자성발생성

2

배체킹넙치수컷강도다리

3

미로부터채정한정자를모두섞어수정에사용하였으며

, 3

반복으로실험을수행하였다

.

2

극체방출억제를위해

Kim et al. (1994)

방법에의거하여수정

3

3℃

온도조건하에

45

분간저온처리를하였다

.

배수체 분석은유세포 분석기

(flow cytometry)

이용하여

DNA

함량을측정하였다

.

실험군의단일세포

(single cell)

확보하기위해부화자어

3

미를균질기

(homogenizer)

직을파쇄한

nucleic extraction buffer (CyStain DNA 2 step;

Partec Co., Münster, Germany)

에서반응을수행하였고

, DNA staining buffer (CyStain DNA 2 step; Partec Co., Münster, Germany)

염색하였다

.

염색된시료들은

PA II flow cytom- etry (Partec Co., Münster, Germany)

이용하여

DNA

함량을 분석하였다

.

유도된넙치

3

배체잡종

3

배체의

DNA

함량을 측정하기위해서넙치

2

배체부화자어성체강도다리의꼬리 지느러미를대조군으로사용하였다

.

난발생 관찰

잡종

3

배체의난발생은

18±1℃

수온에서발생을유도하

였고

,

해부현미경

(AZ100; Nikon Co., Japan)

이에부착된 지털카메라

(DS-Ril; Nikon Co., Tokyo, Japan)

이용하여 찰과촬영을하였다

. Kimmel et al. (1995)

Jung et al. (2015)

난발생단계를기준으로관찰하였으며

,

저온처리가끝난 기를

0

(time 0)

하여수정란의

90%

이상이동일한단계에 도달하는시기를기준으로발생단계별소요시간과특징을

기록하였다

.

수온별넙치

2

배체

, 3

배체잡종

3

배체의수온별 난발생속도를조사하기위해실험군의수정란들을

10, 14

18℃

부화조에서발생을유도하였다

.

결 과

배수체 분석

넙치

2

배체

(0.71 pg/haploid cell; Animal genome size data-

base, 2016)

부화자어를대조군으로사용하여강도다리꼬리지

느러미

,

넙치

3

배체부화자어넙치와강도다리잡종

3

배체 화자어의

DNA

함량을분석한결과는

Fig. 1

같다

.

강도다리 꼬리지느러미의

DNA

함량은

1.32±0.06 pg/cell,

넙치

3

배체 부화자어는

2.14±0.03 pg/cell

이었으며

,

넙치와강도다리잡종

3

배체부화자어는

2.06±0.01 pg/cell

으로나타났다

.

잡종 3배체 난발생 및 자어 발달

잡종

3

배체의난발생과정은

Fig. 2

같다

.

수정란은구형이 분리부성란으로난황과난막은무색투명하였다

.

저온처리

1.5

시간에 번째난할

(cleavage)

이루어져 배반

(blas-

todisc)

중앙부위가수직으로이등분되어

2

세포기가되었고

(Fig. 2b),

난할이계속되어

2

시간

4

세포기

(Fig. 2c), 2.5

시간

8

세포기

(Fig. 2d), 3.3

시간

16

세포기

(Fig. 2e)

되었다

.

계속적인난할이일어나저온처리

8

시간에높고두꺼운형태 배반엽

(blastoderm)

형성하는포배기중기

(mid-blastula)

되었다

(Fig. 2f).

저온처리

12

시간에난황세포가형태 되고배반엽이얇아지기시작하였고

(Fig. 2g), 13

시간에

(germ ring)

형성되었으며

(Fig. 2h), 14

시간에배방패

(em- bryonic shield)

형성되었다

(Fig. 2i).

배반엽이식물극방향으 계속확장되어저온처리

18

시간에

60%

피포

(epiboly)

형성되었고

(Fig. 2k), 22

시간에

90%

피포가형성되었다

(Fig.

2l). Kupffer’s vesicle

저온처리

26

시간부터작은크기로 관찰되기시작하여

30

시간에최대크기로발생하였고

, 35-36

시간에소멸되었으며

(Fig. 2m-2o), Kupffer’s vesicle

소멸된 꼬리가형성되기시작하여저온처리

53

시간에부화하기 시작하였다

(Fig. 2p, 2q).

잡종

3

배체부화자어의형태적특징을관찰하기위해넙치

3

배체부화자어와비교한결과

,

잡종

3

배체는넙치

3

배체와 일하게입과항문은열려있지않았고

,

막지느러미

(primordial

finfold)

위쪽과아래쪽에색소포

(chromatophores)

관찰되 었다

(Fig. 2q, 2t).

잡종

3

배체자어의미부중앙부막지느러미 색소포는점차발달하여부화

1

일째색소포는크기 증가하였고

(Fig. 2r),

부화

2

일째막지느러미의색소포는 넒은부위까지분화되어색소포띠를형성하는것으로관찰되 었다

(Fig. 2s).

넙치

3

배체자어역시발생이진행될수록미부 앙부의막지느러미색소포가발달하여색소포의분포가 어지면서색소포띠를형성하였으나

(Fig. 2u, 2v),

이는잡종

3

(3)

배체의색소포분포부위에비해좁은것으로관찰되었으며

,

크기진하기역시작고

것으로관찰되었다

. 수온별 난발생

잡종

3

배체와넙치

2

배체

3

배체의수온별난발생은

Table 1

같다

.

잡종

3

배체의경우

,

첫번째난할이이루어지는

2

세포기까지

10℃

저온처리

4

시간

, 14℃

2

시간

, 18℃

1.5

시간이 요되었고

,

포배기중기까지

10℃

저온처리

15

시간

, 14℃

10

시간

, 18℃

8

시간이소요되었다

.

배반엽이난황을감싸 낭배기의경우

10℃

저온처리

34

시간

, 14℃

17

시간

, 18℃

13

시간에시작되었으며

, Kupffer’s vesicle

형성 멸은

10℃

저온처리

69

시간

98

시간

, 14℃

35

시간

53

시간

, 18℃

26

시간

36

시간에관찰되었다

.

넙치

3

배체와

2

배체또한

3

가지의온도조건에서잡종

3

배체와동일한 기에난할

,

포배기

,

낭배기

, Kupffer’s vesicle

형성소멸의 생이관찰되었다

.

잡종

3

배체의최초부화는

10℃

저온처리

114

시간

, 14℃

75

시간

, 18℃

53

시간에시작되었다

.

그러나넙치

2

배체와

3

배체는잡종

3

배체보다온도조건에따라최소

2

시간에서

최대

7

시간늦게부화하기시작하여

, 10℃

121

시간

, 14℃

80

시간

, 18℃

55

시간에최초의부화가관찰되었다

.

고 찰

생물은고유한

DNA

양을가지고있어이를측정함으로써

시간에고유의특성을분석하는데유용하게사용될있다

(Byrappa, 2003).

일반적으로

3

배체는모계

2n DNA

함량과

n DNA

함량을가지게된다

(He et al., 2013).

연구에서도 잡종

3

배체는넙치

2n DNA

함량과강도다리

n DNA

함량을 지고있는것으로확인되었으며

,

넙치

3

배체는넙치

n DNA

량의

3

배의

DNA

함량을가지고있는것으로확인되었다

.

저온처리잡종

3

배체수정란을

18±1℃

수온에서난발생

유도관찰한결과

, 1.5

시간후에난할기

(cleavage period)

시작되어

8

시간후에중기포배기

(mid-blastula period), 13

시간 후에낭배기

(gastrula period), 26

시간후에

Kupffer’s vesicle

형성되는것으로관찰되었다

(Fig 2a-2p).

이들난할기에서분할 기에이르는잡종

3

배체의난발생은넙치

3

배체와유사한형태 발생이진행되었으며

,

발생시간또한동일한것으로

인되었다

(Table 1).

강도다리와넙치잡종은부화시기를제외

난발생시기가모계로사용된넙치와동일하게나타나는 으로보고된있어

(Do et al., 2014),

모계로사용된넙치형질 영향으로넙치

3

배체와잡종

3

배체가동일한시기에발생하 것으로보여진다

.

잡종

3

배체난발생과정초기난할기에이형적으로할구

(blastomere)

형성되어

3

세포기가관찰되었다

.

그러나이는

You et al. (2001)

Zhu et al. (2006)

넙치

3

배체의초기난할 기에

3

세포기또는

5

세포기의이형적할구가형성되는개체가 있음을보고한있어

,

연구에서관찰된이형적인난할현상 잡종유도에의한결과가아닌

3

배체유도과정에서확인될 있는기형적발생인것으로판단된다

.

잡종

3

배체는넙치

3

배체와유사한형태속도로난발생이 진행되었으나

,

부화시간부화자어의형태에서차이가나는 Fig. 1. Flow cytometric histograms of DNA contents of diploid (a)

and triploid(c) of olive flounder Paralichthys olivaceus and hybrid (b) and allotriploid (d) of female olive flounder and male starry flounder Platichthys stellatus.

(4)

것으로확인되었다

(Table 1, Fig. 2).

넙치

3

배체는

18±1℃

온에서

55

시간째에최초부화가시작되었으나

,

잡종

3

배체는

53

시간째에최초의부화가관찰되어잡종

3

배체의부화가

2

간이빠른것으로확인되었다

(Table 1).

이는동일수온조건에 Fig. 2. External morphology of the egg development stages (a-p) of the allotriploid of female olive flounder Paralichthys olivaceus and male starry flounder Platichthys stellatus, and yolk-sac larvae of the allotriploid (q-s) and triploid olive flounder (t-v). a: Blastodisc formed. b: 2 cell stage, 1.5 h. c: 4 cell stage, 2.0 h. d: 8 cell stage, 2.5 h. e: 16 cell stage, 3.3 h. f: midblastrula stage, 8 h. g: 30% epliboly stage, 12 h. h:

germ ring stage, 13 h. i: embryonic shield stage, 14 h. j: 40-45% epiboly stage, 16 h. k: 60% epiboly stage, 18 h. l: 90-95% epiboly stage, 22 h. m: Kupffer's vesicle appearance, 26 h. n: Kupffer's vesicle stage, 30 h. o: Kupffer's vesicle disappearance, 35-36 h. p: pre-hatching, 53 h.

q: hatched larva of allotriploid. r: yolk-sac larva of allotriploid, 1 day after hatching. s: yolk-sac larva of allotriploid, 2 days after hatching.

t: hatched larva of triploid. u: yolk-sac larva of triploid, 1 day after hatching. v: yolk-sac larva of triploid, 2 days after hatching. Arrows:

chromatophores. All scale bars indicate 200 μm.

(5)

강도다리가넙치보다부화시기가빠른것으로보고된

(Do et al., 2014),

잡종

3

배체는강도다리형질의영향으로

3

배체보다이른시간에부화한것으로판단된다

.

잡종

3

배체와넙치

3

배체부화자어는막지느러미색소포 위치분포범위에서뚜렷한차이가나는것으로관찰되었

.

잡종

3

배체와넙치

3

배체부화자어모두미부중앙부막지 느러미위쪽과아래쪽에색소포띠가관찰되었으나

,

잡종

3

체가넙치

3

배체에비하여분포범위가넓고진한것으로확인 되었다

(Fig. 2q-2v). Byun et al. (2007)

강도다리자어의 소포가별모양나뭇가지모양으로생성되어점차몸의전면 발달한다고보고한있다

.

이에잡종

3

배체와넙치

3

배체 색소포분포차이는부계로사용된강도다리의영향에기인 것으로보여진다

.

어류의발생에서수온은성장생존에영향을미치는중요 요인하나로어종은생태적인특징에따라적정수온을 가지게되며

,

적정수온범위내에서수온이높아질수록발생속

도는빨라지게된다

(Rana, 1990).

강도다리는냉수성어종으로

적정수온은

13-18℃

이고

(NFRDI, 2009),

넙치는온수성어종 으로적정수온은

10-24℃

(NFRDI, 2006)

것으로보고되고 있다

.

이에잡종

3

배체의적정수온범위수온별난발생속도 확인하고자대조군으로넙치

2

배체와

3

배체를사용하여

10, 14

18℃

에서발생을비교하였다

.

결과

3

가지수온모두 에서잡종

3

배체는정상적으로발생하는것으로확인되었고

, 18℃

발생결과와동일하게잡종

3

배체는

10℃

14℃

에서도 난할기

,

포배기

,

낭배기분할기에이르는난발생단계에서

2

배체

3

배체와동일한속도로발생하는것으로관찰되었

.

그러나

You et al. (2001)

넙치

2

배체의발생이난할기에

3

배체보다조금빠른것으로확인되나

,

발생이진행될수록동일 속도로발생되며동일한시기에부화한다고보고한있다

.

이는

3

배체의발생을저온처리수정시기부터관찰하여 난할기에

3

배체가

2

배체보다발생이느리게관찰된것으로 저온처리직후를발생시작시점으로관찰한연구와는 관찰시작시점차이에의해동일한관찰결과를다르게분석 것으로판단된다

.

그러나무지개송어

3

배체를비롯한어류 에서유도된

3

배체난은일반적으로

2

배체에비하여발생이 르게진행되어부화시간이단축되는것으로이미보고된

(Thorgaard, 1986).

잡종

3

배체의부화는

18℃

발생에서관찰된것과동일하게

10℃

14℃

에서도넙치

3

배체보다

5

시간

2

시간빨리 화하는것으로관찰되어

,

수온이낮을수록부화시간의차이 커지는것으로확인되었다

(Table 1).

강도다리는

10.5℃

수정

110

시간에최초의부화되는것으로보고된있고

(Orcutt, 1950),

연구결과에서

10℃

에서넙치

2

배체가수정

121

시간후에부화되는것으로확인됨으로써

,

잡종

3

배체는 어로사용된강도다리와넙치의중간형질을띄게되어

10℃

114

시간에부화한것으로판단된다

.

일반적으로잡종의형질은대부분친어로사용된종의 형질을나타내는것으로보고되고있다

(Garrett, 2005). Ya- mashita et al. (2014)

강도다리와 돌가자미

(Kareius bicol-

oratus)

잡종유도시종의중간형질을나타내는것으로

인한있으며

, Do et al.(2014)

넙치와강도다리잡종또한 친어로사용된종의중간형질을나타낸다고보고한있다

.

반면에잡종

3

배체는친어로사용된종의중간형질을나타 내지만모계의형질이많이나타나는것으로보고되고있다

. Hu et al. (2012)

M. amblycephala

Xenocypris davidi

잡종

3

배체를유도한결과종의중간형질을가지지만모계 특징에가까운것으로보고한있고

, Park (1992)

미꾸리

(Misgurnus anguillicaudatus)

미꾸라지

(M. mizolepis)

잡종 Table 1. Embryonic development of diploid olive flounder Paralichthys olivaceus, triploid olive flounder and allotriploid of female starry flounder Platichthys stellatus and male starry flounder at different water temperatures

Experimental Fish

Water temperature

(℃)

Development stages

Cleavage blastula Gastrula Segmentation

hatching 2 cell 8 cell 32 cell Mid-blastula Germring 80-90%

epiboly Kupffer's vesicle

apearance Kupffer's vesicle disapearance Diploid

10 4 h 6 h 9 h 15 h 34 h 52 h 69 h 98 h 121 h

14 2 h 4 h 6 h 10 h 17 h 27 h 35 h 53 h 80 h

18 1.5 h 2.5 h 4 h 8 h 13 h 21 h 26 h 36 h 55 h

Triploid

10 4 h 6 h 9 h 15 h 34 h 52 h 69 h 98 h 121 h

14 2 h 4 h 6 h 10 h 17 h 27 h 35 h 53 h 80 h

18 1.5 h 2.5 h 4 h 8 h 13 h 21 h 26 h 36 h 55 h

Allotriploid

10 4 h 6 h 9 h 15 h 34 h 52 h 69 h 98 h 114 h

14 2 h 4 h 6 h 10 h 17 h 27 h 35 h 53 h 75 h

18 1.5 h 2.5 h 4 h 8 h 13 h 21 h 26 h 36 h 53 h

(6)

3

배체는모계로사용된미꾸리에가까운중간형질을가지는 으로보고한있다

.

연구의넙치와강도다리잡종

3

배체는 수정란은모계로사용된넙치의형태를가지지만

,

부화자어는 부계로사용된강도다리에가까운중간형질을나타내는것으로 확인되었다

.

또한난발생속도의경우넙치와동일한난발생 도를가지는것으로나타났으나

,

최초부화시간은강도다리와 넙치의중간형질을나타내는것으로확인되었다

.

이에잡종

3

배체는넙치와강도다리의중간형질을띄는것으로확인되지

,

기존보고와동일하게모계에가까운중간형질을가지는지 여부를확인하기위해서는자치어의성장성체의형태 성에대한추가적인연구가필요할것으로보인다

.

넙치와강도다리잡종

3

배체의정상적인발생생존가능성 확인되었으나산업적가능성을판단하기위해서는성장력

,

생식력

,

성비친어로사용된종의우량형질획득유무 등에대한추가적인연구가필요하며

,

잡종

3

배체의생산력 증대를위해연중산란이가능한넙치와달리

3

-6

월까지만 가능한강도다리정자의냉동보존등의연구가추가적으로 이루어져야것이다

.

사 사

연구는 농림축산식품부

·

해양수산부

·

농촌진흥청

·

산림청

지원과제수출용킹넙치배수체종자개발

(

과제번호

213004-

04-4-SB220)

의해수행되었습니다

.

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