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Copyright © 2015 The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815
서 론
조피볼락
(Sebastes schlegeli)
은한국연안을비롯한북서태평 양지역에서넓게서식하며,
넙치와함께국내해산어양식을대 표하는어종으로2014
년에는24,598
톤을생산되어국내총양 식생산량의약30%
를차지하고있다(KOSIS, 2015). 2012
년 서해안천수만지역의양식조피볼락에서상피에감염되는선 충이최초로확인되었으며, 2013
년부터약1
년간조피볼락선 충의감염현황을조사한결과서해안천수만지역의조피볼락 에서50%
이상감염되어있는것으로확인되었다. 2014
년조사 결과,
선충이감염된조피볼락은대부분폐사가발생하지않았 지만,
여름철고수온기에선충이어체를뚫고나간상처를통하여병원세균의
2
차감염이발생함으로써높은폐사가확인되었 다.
여름철이후가을철조사에는선충의감염이확인되지않았 으며겨울철조사이후에는다시선충의재감염이확인되었다(Seo et al., 2014).
Nematode (phylum) Secernentea (class) Camallanida (or- der)
에속하는Philometridae (family)
선충은어류를최종숙주 혹은중간숙주로하여기생을하며,
현재까지650
종이상이어 류에감염되는것으로보고되어있다.
어류에감염되는Philo- metridae
선충으로는Afrophilometra, Alinema, Buckleyella, Caranginema, Clavinema, Dentiphilometra, Margolisianum, Nilonema, Philometra, Philometroides, Philonema, Phlyctai- nophora, Rumai
및Spirophilometra
의속(genus)
이보고되어조피볼락(Sebastes schlegeli) 선충(Nematode: Philometridae)에 대한 분자생물학적 동정 및 PCR 검출법 개발
서한길·서정수·류민경·이은혜·정승희·한현자*
국립수산과학원 병리연구과
Molecular Identification and Development of a PCR Assay for the Detection of a Philometrid Nematode in Rockfish Sebastes schlegeli
Han-Gill Seo, Jung Soo Seo, Min Kyung Ryu, Eun Hye Lee, Sung Hee Jung and Hyun-Ja Han*
Pathology Research Division, National Fisheries Research and Development Institute, Busan 46083, Korea
Nematode infection in the epithelial tissue of cultured rockfish Sebastes schlegeli was first reported in 2012. Since then, nematode infections have caused serious economic losses in rockfish aquaculture on the west coast of Korea.
Taxonomic and life cycle information for this parasite are currently unknown. In this study, 18S rRNA and cyto- chrome c oxidase subunit I (COI) genes were used for molecular identification and polymerase chain reaction (PCR) to detect the invisible stages of this parasite. Nucleotide sequences of the 18S rRNA of the rockfish nematode showed 98% identity with that of Philometra morii . Therefore, this rockfish nematode was classified to the Philometridae family. However, we could not identify it to genus level using 18S rRNA. Its COI nucleotide sequences shared 85%
and 82% identities with those of Bursaphelenchus sinensis and Philometra overstreeti , respectively. In addition, two gene-specific primer sets were designed based on the 18S rRNA gene to detect the intermediate host and nematode larvae. These primers were specific to this rockfish nematode without cross-reacting to other pathogens. The detec- tion limit of the PCR assay using these primers was 1,000 copies of nematoda plasmid DNA. Therefore, the PCR assay described here is suitable for the detection of nematode DNA within rockfish. In addition, this PCR assay could be used to detect nematode larvae and the intermediate host.
Key words: Philometrid nematode, Rockfish, 18S rRNA gene, Cytochrome c oxidase subunit I gene, PCR
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.2015.0731
Korean J Fish Aquat Sci 48(5) 731-738, October 2015
Received 17 August 2015; Revised 25 September 2015; Accepted 7 October 2015
*Corresponding author: Tel: +82. 51. 720. 2483 Fax: +82. 51. 720. 2498
E-mail address: [email protected]
있다
(Moravec and Harrison, 1989; Moravec and Wang, 2002;
Wijová et al., 2006).
선충은가늘고긴원통형또는실모양 의형태를하고있으며종숙주인어류의근육,
비늘밑,
생식 소,
부레등에기생하지만소화관에기생하는것이가장많다.
선충은암수가따로존재하는자웅이체로서교미를통하여번 식하며대부분은난생으로서수중에서난이부화하여자충이 방출되지만, Philometridae
선충의경우태생으로서암컷이자 충을수중으로방출한다.
선충은생활사에서중간숙주를필요 로하며,
자충은갑각류와같은중간숙주에먹힌뒤어류와같 은종숙주가최종적으로먹어어류내에서성충으로성장한다(Edward, 1996). Seo et al. (2014)
이보고한조피볼락선충은 성충의경우상피층에위치하여육안으로쉽게확인이가능하 지만자충의경우육안으로확인이불가능하여진단에어려움 이따른다.
따라서조직내에위치한선충의자충을확인하기위 해서는외부관찰이외의다른진단법이필요하다고생각하였 다. Stephanie et al. (2011)
은South Carolina
퇴적지에서찾아 낸philometrids
의생활사를밝혀내기위하여어류의장에기생 하는선충의자충을현미경으로확인한뒤Polymerase Chain Reaction (PCR)
법을통하여양성체를찾아내었다. Kang et al.
(2008)
도고래회충유충의검출을위하여육안적검사와더불어
Polymerase Chain Reaction-Restriction Fragment Length Polmorphism (PCR-RFLP)
법을 통하여 양성체를 찾아내었 다.
본연구에서도마찬가지로조피볼락선충의생활사를밝히 기위하여선충자충의탐색이필요하다고생각되었으며,
자충 이포함된중간숙주역시육안적인방법이외의다른검출법이 필요하다고생각되었다.
특정유전물질을대량으로증폭하는PCR
법은최근어류의질병진단에많이사용되고있는방법으 로서샘플의처리,
병원체에대한특이성및재현성이높아각광 받고있는진단법이다.
분자생물학적종분류및동정을위한유전자마커로는
ribo- somal RNA (rRNA), mitochondrial DNA (mtDNA)
및mic- rosatellite DNA
등이일반적으로사용된다.
진핵생물의단백질 합성에있어중추역할을하는ribosomal DNA
는유전자의계 통발생학적분석에사용되는rRNA
를code
하는분자마커로 써18S, 5.8S
및28S
유전자와internal
및external transcribed spacers (ITS and ETS)
로구성되어있다.
이중18S rRNA
는유 전자의변이가심하지않기에다양한생물군의분류에사용되 고있다(Nyaku et al., 2013). mtDNA
는고변이성유전자로서 종의진화적유연관계를나타내고있으며,
그중cytochrome c oxidase subunit I (COI)
는다양한해양무척추동물들의유전 학적연구에사용되는유전자마커이다(Edmands et al., 1996).
Cytochrome
은생체세포내에존재하는헴단백질색소중하나 로서고등동식물의세포,
세균,
곰팡이및효모등의미토콘드리 아에존재한다. Cytochrome
은철포르피린의구조,
단백질과 의결합상태에따라a, b, c
및d
의4
군으로구별되는데,
이중에 서cytochrome c
는산화환원반응에관여하는효소로서미토콘드리아의외막에존재하며호흡과순환에의해세포내에운반 된산소를활성화하여세포호흡을원활하게하는데필요하다
. Cytochrome c oxidase
는cytochrome c
에서전자를직접분자 상산소로넘겨주는효소활성을하는호흡효소를뜻하는데동 물군은미토콘드리아의COI
를표준바코드유전자로이용하여 종동정에사용하기도한다. Herbert (2003)
는DNA barcoding
기법이유전자서열을이용하여종을동정하는방법으로서적 당하며동물의동정으로미토콘드리아의COI
유전자서열을 사용할것을제안하기도하였으며,
최근의다른연구에서는미 토콘드리아COI
유전자염기서열의다형성을바탕으로어류간 계통유연관계를확인하기도하였다(Han et al., 2014).
따라서본연구에서는선충의
18S rRNA
및COI
유전자를증폭시킬수있는
primer
를사용하여선충유전자분석을실시하였으며
,
획득한염기서열을바탕으로조피볼락에서분리된선 충의계통발생학적분석을실시하였다.
또한어류조직내에위 치한선충자충의분석및중간숙주의탐색에사용하기위하여18S rRNA
유전자를증폭시킬수있는primer
를제작하고,
선 충을분자생물학적으로검출할수있는PCR
법을개발하였다.
재료 및 방법
선충 시료 채취 및 DNA 추출
2014
년도1
월,
서해안천수만일대에양식중인조피볼락에서 선충을분리후100% ET-OH
에고정하여보관한시료를DNA
추출을위해사용하였다. 50 mg
의선충을E-tube
에넣고PBS
를사용하여마쇄하였고,
원심분리(8,000 rpm, 10 min)
후상청 액을회수하였다. DNA
추출은High pure template preparation kit(Roche, Germany)
을사용하였으며,
제조사의매뉴얼에따 라수행하였다.
분자생물학적 동정
선충의종동정을위하여
18S rRNA
와COI
유전자를분석 하였다. PCR
법은Emerald Taq (Takara, Japan)
을 사용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 수행하였으며,
각primer sequence
와PCR
조건은Table 1
에표기하였다. PCR product
는1.5%
agarose gel (Bioneer, Korea)
상에서 전기영동을 실시하여band
를 확인하였으며, PCR
증폭이확인된시료는sequenc-
ing
을 실시하여 염기서열을 확인하였다.
염기서열의 분석에 는BioEdit Ver. 7.2.3, MEGA Ver. 6
를사용하였으며, National
Center for Biotechnology Information (NCBI)
에서제공되는Basic Local Alignment Search Tool (BLAST)
을이용하여기 존에보고된선충유전자와의상동성분석을하였다.
또한얻 어진염기서열을바탕으로실시한유전자계통분석은BioEdit
Ver. 7.2.3 program
을사용한염기서열정렬과MEGA Ver. 6
program
을사용한근린결합분석(NJ; neighbor-joining analy-
sis, 1000 rounds of bootstrap)
을통하여각염기서열간의유전적거리와계통도
(phylogenetic tree)
를획득하였다.
본연구 에서비교한18S rRNA (1,695 bp)
염기서열은GenBank
에등 록되어있는Philometridae
에속하는8
종의선충18S rRNA
유 전자(Philometra morii, Philometra sp., Philometroides san- guineus, Philometroides seriolae, Clavinema parasiluri, Den- tiphilometra monopteri, Nilonema senticosum, Rumai rumai, Philonema oncorhynchi)
와Anisakidae
에속하는4
종의18S rRNA
유전자(Anisakis sp., A. pegreffi, A. simplex)
의염기서 열을대상으로분석하였다(Fig. 2A).
또한COI (389 bp)
염기 서열은Philometra overstreeti, Philometroides paralichthydis, A. pegreffii, A. simplex
의유전자염기서열을대상으로분석 하였다(Fig. 2B).
조피볼락 선충 검출 PCR법 개발
위연구에서얻어진조피볼락선충의
18S rRNA
염기서열중다른
Philometridae
의18S rRNA
와염기서열의차이가보이 는특이적인영역에서2
개의primer set
를제작하여선충검출 을위한PCR
법개발에사용하였다. PCR
조건은Table 1
에표 기하였으며, PCR annealing
온도에따른검출률도확인하였 다.
또한조피볼락의선충검출에사용된primer
의특이성을검 증하기위하여선충을포함한다른기생충및세균의DNA
를 추출한뒤PCR
을실시하였다.
실험에사용된기생충은 조피 볼락에서분리된선충이외에어류에서분리된스쿠티카,
쿠도 아및아니사키스충을사용하였으며,
세균은어류에서분리된Edwardsiella tarda
와Streptococcus iniae
를사용하였다.
넙치에서유래된스쿠티카충은보유중인
CHSE-214
어류주 화세포에서배양중인신선한충을사용하였으며쿠도아충은넙 치의근육에서분리된것을사용하였다.
아니사키스충은조피볼락과넙치의내장에서각각분리된후
100% ET-OH
에고정된것을사용하였으며
,
각각의기생충은상법과동일하게DNA
를추출한뒤PCR
에사용하였다.
또한각세균은1.5% NaCl
이포함된
Brain Heart Infusion (BHI, Gibco, USA) broth
배지에 서25℃
에서12
시간동안배양된신선한균을사용하여상법과 동일하게DNA
를추출한뒤PCR
에사용하였다. PCR product
는1.5% agarose gel (Bioneer, Korea)
상에서전기영동을실시 하여band
를확인하였다.
선충검출
PCR primer
의감도확인실험은 다음과같은방법으로실시하였다
.
조피볼락에서분리된선충의PCR prod- uct
는1.5% agarose gel
상에서전기영동을실시한뒤, PCR product purification kit (Roche, Germany)
를 사용하여Gel Purification
을실시하였다.
정제된PCR product
는pGEM T- Easy vector (Promega, USA)
을사용하여cloning
을실시하 였고, Plasmid Mini Extraction kit (Bioneer, Korea)
를사용하 여plasmid DNA
를획득하였다.
선충의plasmid
는copy
수를 계산한뒤Nuclease-free water (Bioneer, Korea)
를사용하여1×10
10copy
부터1×10
0copy
까지10
배씩단계희석하였고이 를template
로하여PCR
을실시하였다. PCR product
는1.5%
agarose gel
상에서전기영동을실시하여band
를확인하였다.
결과 및 고찰
본연구에서는조피볼락에서분리된선충의분자생물학적동 정을실시하기위하여선충류의
18S rRNA
및COI
유전자를 증폭할수있는universal primer
를각각사용하여PCR
과유 전자분석을실시하였다. 18S rRNA
의유전자를증폭하기위 하여Quiazon (2009)
의논문에인용된PCR
조건을사용하였으나
, PCR
반응이일어나지않아PCR
조건을수정하여설정하였다
(Table 1).
조피볼락선충의genomic DNA
를template
로사용하여18S rRNA
의유전자를증폭한결과1,695 bp
의염 기서열을 획득하였으며(GenBank accession no. LC071530),
해당염기서열에대한NCBI BLAST
결과Philometra morii 18S rRNA gene (JF803933)
과98%
일치하여상동성이가장 높음을확인하였다(Fig. 1).
조피볼락선충의18S rRNA
유전 Table 1. Primer information and PCR condition for this studyPurpose Target
gene Primer Nucleotide sequence (5’ to3’)
PCRCondition (annealing temp.oC, / PCR cycles)
PCRsize (bp) References
Molecular identification
18S rRNA nema35f TATAATGGTGAAACCGCGAACGGC
61/ 30 1,694 Qiazon (2009) nema18gM GGAAACCTTGTTACGACTTTTGCC
Cytochrome
oxidase subunit I NemCOI 5P CATTTRTTTTGRTTTTTTGG
55/ 45 424 Stephanie et al.
(2011) NemCOI 3P ACYACATRATAAGTATCRTG
Specific
detection 18S rRNA
RN-18S 1F TAGTCGGCGAATAATGAACCTT
55/ 30
183 This study RN-18S 1R GTTACCTTTGCCTTTCGACAAC
RN-18S 2F GCAATTATTTCCCTTGAACGAG
206 This study RN-18S 2R AAGGCGGTTTCTACCCTCTATC
자계통발생학적분석결과어류에기생하는
nematode
중에서 도Philometridae
과(family)
에속하는선충으로확인되었으며, Philometrodae
중에서Philometra, Philometroides, Clavinema
의속(genus)
과가장근연한것으로확인되었다(Fig. 2A).
이전 의Nyaku et al. (2013)
은식물에감염되는선충유전자의계통 발생학적분석을위하여18S rRNA
를사용하였으나목(order)
단계까지만분석이가능하였다.
본연구에서실시한조피볼락 선충의경우에서도18S rRNA
유전자를통한분석은과(fam- ily)
단계까지만정확한분석이가능하였으며,
종(species)
및속(genus)
분류를위해서는다른유전자의분석이필요하다고생각하였다
.
하지만조피볼락선충
COI
유전자(PCR product size 389bp;
GenBank accession no. LC073304)
의경우NCBI BLAST
결 과 소나무에서분리되는 선충류인Bursaphelenchus sinensis
cytochrome c oxidase subunit I (mtCOI) gene (GenBank ac-
cession no. AB232163)
과84%
로가장높은상동성을보였으 며,
넙치에서분리되는선충류인Philometra overstreeti
의COI
유전자(GenBank accession no. HM035020.1)
와는82%
의상 Fig. 1. Partial 18S rRNA gene sequences (position 1,173 through 1,695) of philometrid nematode from rockfish Sebastes schlegeli of Korea, indicating position of primer (boxes) used for detection PCR.(A)
(B)
Fig. 2. Neighbor-joining analysis of philometrid nematode from rockfish Sebastes schlegeli (A) 18S rRNA and (B) cytochrome c oxidase subunit I sequences from GenBank.
동성이확인되었다
.
현재까지등록된어류를숙주로하는선충 류의COI
유전정보를바탕으로phylogentic tree
를작성한결과(Fig. 2B), Philometra, Philometroides
의속(genus)
와가장근연하였으나
,
선충의COI
유전자의경우타종간유전적차이가 크고(Stephanie et al., 2011), GenBank
에등재되어있는어류 유래의선충의경우Philometra overstreeti
와Philometroides
paralichthydis
종(species)
뿐이어서정확한분류가어려운것 으로확인되었다.
본연구결과를통해현재까지COI
유전자의 경우조피볼락선충분류를위해는유용성이없는것으로확인 되었으며,
앞으로정확한선충동정을위해서는어류기생성선충류를비롯한다른선충의
COI
유전자정보가추가적으로연구되어야할것으로판단된다
.
조피볼락선충을특이적으로검출하기위한
PCR
법을위하여18S rRNA
염기서열중에서2
쌍의primer set
를새로디자인하 였다(Fig. 1).
조피볼락선충검출Primer
제작을위해서,
조피볼락선충의
18S rRNA
와상동성이비교적높은다른어종에서분리되는
Philometrodae
기생충의18S rRNA
유전자염기서열을비교하여조피볼락선충특이
primer
제작에활용하였다
.
선충의DNA
를추출한뒤PCR
을실시한결과2
종의primer set
모두에서양성을나타내었으며, agarose gel
상에서183
및206 bp
의band
를각각나타내었다.
추가적으로선충유전자의 검출을위한PCR
조건의최적화를위하여BIO-RAD
회사의Peltier Thermal Cycler (PTC-0220)
을사용하여gradient PCR
을실시하였다.
조절된annealing temp
는42-62℃
이었으며2
종의primer
모두55℃
에서최적의조건을나타내었다(data not shown).
조피볼락 선충특이적
primer
의검증을위하여5
종의 기생 충(
조피볼락유래선충및아니사키스충,
넙치유래스쿠티카 충,
아니사키스충 및 쿠도아충)
과2
종의 세균(Edwardsiella tarda, Streptococcus iniae)
을사용한PCR
결과조피볼락선충DNA
를제외한모든시료에서는증폭이확인되지않았다(Fig.
3A, B).
위의결과로볼때본연구에서제작된RN-18S 1
및2
primer sets
는조피볼락상피선충의유전자를특이적으로증폭시킬수있는것으로확인되었다
.
다른시기에다른양식장 에서분리된선충들간의유전자분석결과차이점이확인되지 않았으나(data not shown),
추가적으로타어종에서분리되는Philometrid nematodes
를확보하여검증할필요가있을것으 로사료된다.
조피볼락선충검출용
primer
를사용하여선충유전자가증폭된
plasmid DNA
를제작하였고,
검출감도를확인하였다.
그결 과18S rRNA plasmid DNA
는1×10
10copy
부터1×10
3copy
까지band
가확인되었으며두primer
에서비슷한검출감도를 확인할수있었다(Fig. 4A, 4B).
Philometrid nematodes
의생활사에서자충은중간숙주에의 해먹히게되고,
중간숙주를어류가먹어서종숙주에감염이된 다.
중간숙주는대개요각류(copepodes)
로서유영생활을하며 어류의먹이가된다(Wang, 2002).
체내에새끼를가지고있는 암컷선충의경우숙주의근육을통해피부를관통하여구멍을 생성한다.
그상처를통하여자충을수계로배출하며,
그자충 을중간숙주가섭취하며최종적으로어류에감염이된다고한 다(Gonzalez et al., 2007). Seo et al. (2014)
은2013
년8
월,
조 피볼락의피부에서선충이감염된후어체외부로빠져나가면서생긴다수의상처를발견하였다
.
또한2013
년10
월,
선충의 감염이확인되지않았기에선충은1
년주기의생활사를가지 며,
고수온기어체의피부에상처를내어자충을방출한다고생 각된다.
선행연구와마찬가지로성충의경우에육안으로검사 가가능한선충은자충의경우육안으로확인이불가능하며이 는중간숙주도마찬가지이다. Seo et al. (2014)
에의하면선충 류의특성상숙주로부터선충을감염이후에치료는매우어려 우므로,
생활사중선충의감염을차단하여야하며,
선충의중간 숙주를탐색하여감염경로를제거하는방법에대한연구가필 Fig. 3. PCR results obtained using (A) RN-18S1 primer and (B) RN-18S2 primer sets, with lanes M to 7 as follows: 100 bp DNA ladder, Nematode with rockfish Sebastes schlegeli, Scutica with flounder Paralichthys olivaceus, Kudoa with flounder, Anisakis with rockfish, Anisakis with flounder, Edwardsiella tarda and Streptococcus iniae.요하다고하였다
.
따라서본연구에서개발한선충의유전자검 출을위한PCR
법을사용한다면어류내또는생사료등에존재 가능한자충을포함한중간숙주의탐색이가능하며생활사의 규명에도움이될것이라생각한다.
본연구에서는양식조피볼락에서분리된선충의
18S rRNA
유전자분석결과Philometridae
의Philometra
와 가장유전적 유연관계가높지만,
정확한종동정은하지못하였기에,
현재 형태학적분석을통한동정을수행하고있다.
하지만,
본연구 에서는조피볼락선충유전자를검출할수있는새로운PCR
법 을개발하였으며,
이는향후어류조직내에위치한선충자충 의검출및중간숙주의탐색등에유용하게사용될수있을것 이라생각한다.
사 사
이 논문은
2015
년도 국립수산과학원 수산과학연구사업(R2015067)
의지원으로수행된연구이며연구비지원에감사드립니다
.
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