서 언
재료 및 방법
샘플수집
외부형태분석
Genomic DNA 추출 및 PCR 증폭
염기서열 조립 및 계통수 작성
결 과
외부형태학적 분석
분자생물학적 분석
고 찰
분류학적 처리
한국산 개미자리속 종검색표
적 요
서 언
개미자리속(Sagina L.)은 일년생 또는 다년생으로 구성된 석죽과(Caryophyllaceae juss.)의 한 그룹으로(Choi, 2018a, 2018b; Jonsell, 2001), 탁엽이 없고, 꽃잎이 전연(일부종은 꽃잎이 없음)이며, 꽃받침잎과 암술대의 수가 같은 특징을 가진다(Choi, 2018a, 2018b; Clapham and Jardine, 1964; Lu et al., 2001). 본 속은 남극을 제외한 모든 대륙에서 발견되고, 약 33종이 분포하며, 대부분이 유럽원산이다(Choi, 2018a, 2018b; Dillenberger and Kadereit, 2022). 해안가 바위 틈, 자갈, 모래 또는 공원, 길가 도보블록 사이에서 주로 생육하며, 많은 종들이 침입외래식물로 지정되어 관리되고 있다(Cooper et al., 2011; Hong et al., 2021; Mitchell and Tucker, 1991; Mizushima, 1954; Ryan et al., 2003).
계통학적으로 본 속은 석죽과 내에서 단계통으로 유집되며, 근연속으로는 Colobanthus속이 가장 가까운 유연관계를 보인다(Greenberg and Donoghue, 2011; Harbaugh et al., 2010). 또한 개미자리속은 꽃이 4수성인 종들은 Saginella절, 5수성인 종들은 Spergella절로 구분한다(Mizushima, 1954; Shishkin, 1945). 국내에 분포하는 개미자리속 식물은 개미자리[S. japonica (Sw.) Ohwi], 큰개미자리(S. maxima A. Gray), 거문도개미자리[S. saginoides (L.) H.Karst.]가 모두 5수성으로서 Spergella절에 속하는 것으로 알려져 있으나(Choi, 2018a, 2018b; Kim et al., 2018), 거문도개미자리의 국내 분포는 불분명하다.
본 연구는 국내 여러 지역에서 확인된 꽃은 4수성이고, 결실기의 꽃받침잎 가장자리 색과 벌어지는 정도가 국내에 보고된 개미자리속 식물들과 큰 차이를 보이는 집단들이 발견되었다. 이들의 실체를 외부형태 및 분자생물학적 방법을 통해 규명하고, 상세한 형태학적 특징을 기재하며, 국내 분포를 보고하고자 한다.
재료 및 방법
샘플수집
2020년 5월부터 2022년 7월까지 국내 여러 지역에서 꽃이 4수성인 개미자리속 식물 19개체가 수집되었다(Table 1). 또한 분자분석을 위해 Genbank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)에 등록된 개미자리속 6분류군 70개체 염기서열이 사용되었고(Dillenberger and Kadereit, 2022), 외집단은 흰명아주(Chenopodium album L.)를 선정했다(Appendix 1).
Table 1.
Collection localities and voucher information of Sagina.
외부형태분석
수집된 19개체로부터 생육형, 잎, 꽃받침, 꽃잎, 종자 등 주요 형태학적 특성을 국외 도감, 문헌 등을 활용하여 비교, 관찰하였다(Akiyama, 1999; Choi, 2018a, 2018b; Clapham and Jardine, 1964; Jonsell, 2001; kim et al., 2018; Lu et al., 2001). 또한 주요 형질의 측정은 버니어캘리퍼스(Mitutoyo 500-196-30 absolute digimatic Vernier caliper, Japan)를 이용하였고, 촬영 및 관찰은 디지털카메라(Nikon D810, Nikon 105 ㎜ AF Micro-Nikkor, Japan)와 실체현미경(Carl Zeiss Microscopy GmbH 1007745 Jena, Germany)을 사용하였다. 한편, 검색표 작성 시 거문도개미자리는 속식물지 등 관련문헌을 참고하였다(Choi, 2018a, 2018b; Shishkin, 1945).
Genomic DNA 추출 및 PCR 증폭
DNA 추출은 DNeasy Plant Mini Kit (Qiagen Inc., Valencia, CA, USA)를 사용하였고, NanoDrop 2000 microspectrophotometer (Thermo Fisher Inc., Waltham, MA, USA)로 농도를 확인하였다. 분석 구간은 최근 개미자리속 분자계통연구를 참고하여(Dillenberger and Kadereit, 2022) nrDNA의 ITS, ETS 구간과 cpDNA의 atpB-rbcL, rps16-trnQ, 구간을 대상으로 중합효소연쇄반응(PCR)을 통해 유전자를 증폭하였다(Table 2). 초기 DNA 변성단계(initial denaturation)는 94℃, 5분으로 진행하였고, 변성단계(denaturation)는 95℃ 20초, 결합단계(annealing)는 52~62℃ 30초~1분, 신장단계(extension)는 72℃, 1분으로 35회 반복하였으며, 최종신장단계(final extension)는 72℃, 5분 수행하였다. 증폭된 반응물은 1% Agarose gel에 전기영동으로 확인하였고, 염기서열 결정은 마크로젠(Macrogen Inc., Seoul, Korea)에 의뢰하였다.
Table 2.
DNA regions and primer for the phylogenetic analysis of Sagina.
| Region | Primer | Sequence | Reference |
| ITS | ITS5 | GGA AGT AAA AGT CGT AAC AAG G | White et al., 1990 |
| ITS4 | TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC | ||
| ETS | Sam2 | AAG GAT GCT CGC GGT GTC A | Dillenberger and Kadereit, 2022 |
| 18S-2L | TGA CTA CTG GCA GGA TCA ACC AG | Linder et al., 2000 | |
| rps16-trnQ | trnQ_UUG | GCG TGG CCA AGY GGT AAG GC | Shaw et al., 2007 |
| rps16-1 | TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC | ||
| atpB-rbcL | EB-atpB | ACG TCC AGT ACG GGA CCA ATA A | Alban et al., 2022 |
| rbcL-1 | AAC ACC AGC TTT RAA TCC AA | Chiang et al., 1998 |
염기서열 조립 및 계통수 작성
염기서열 조립과 정렬은 Geneious prime (v. 2019.0.4)의 MAFFT Program (Rozewicki et al., 2019)을 사용하였다. 정렬한 염기서열은 Phylosuite (v. 1.2.2)에서 IQ-TREE (Nguyen et al., 2015)를 통해 최적의 모델(K3Pu+F+G4, BIC)을 선정하였고, 최우추정법(Maximum likelihood, ML)을 이용하여 분석하였다. 계통수는 FigTree (v. 1.4.4)을 사용하여 확인하였다.
결 과
외부형태학적 분석
국내 여러 지역에서 확인된 미기록 개미자리속 개체군은 모두 4수성으로 국내 개미자리속 식물과 뚜렷한 차이가 나타난다. 이 중 S. micropetala로 추정되는 평택, 보령, 부산 지역의 개체군들(TYPE1)은 줄기가 비스듬히 자라거나 직립하며, 꽃받침잎은 수평으로 펴지며, 가장자리가 적색이고, 종자표면에 볼록한 돌기가 있다(Fig. 1). 또한, S. procumbens로 추정되는 서울, 인천, 경기, 강원, 태안 지역의 개체군들(TYPE2)은 방석형으로 생장하며, 소화경이 개화기에 휘어지며, 결실기에 직립한다. 또한 꽃받침잎은 넓은 난형이며, 가장자리가 백색 또는 황록색이고, 종자의 돌기가 납작한 형태적 특징으로 구분되었다(Fig. 2).
분자생물학적 분석
국내 4수성을 가진 개미자리속 두개 유형(TYPE1, 2)에 대한 19개 샘플을 기연구자료의 분자 데이터와 비교 분석하였다(Dillenberger and Kadereit, 2022). 정렬된 유전자 길이는 ITS구간 645 bp, ETS구간 812 bp, rps16-trnQ구간 737 bp, atpB-rbcL구간 825 bp이며, GC 함량은 ITS구간이 53.4 %로 가장 높고, 변이 구간은 ETS구간에서 21.7%의 비율로 가장 높았다(Table 3).
Table 3.
Statistics of DNA barcode loci of S. micropetala and S. procumbens with related Sagina taxa.
ML분석에서 TYPE1 개체들은 S. micropetala와 100% 유사도 지수(bootstrap value)로 유집되었고, TYPE2는 S. procumbens와 99% bootstrap value으로 유집되었다(Fig. 3).
고 찰
분류학적 처리
Sagina micropetala Rauschert, Feddes Repert 79: 413, 1969.
TYPE GERMAN: Heiligenhaven, Aug 1825, Nolte s.n. [specimen no. 3; barcode number C10024083!, Lectotype (designated by Dillenberger and Kadereit, 2022), C (University of Copenhagen)]
생활형 일년생 또는 다년생이며, 높이 2-5 ㎝으로 자란다. 줄기 비스듬히 자라거나 직립하며, 털이 없다. 잎 합생하고, 선형이며, 크기 2-10.3 × 0.5-0.6 ㎜이고, 선단부는 점첨두 또는 소철두이며, 가장자리는 전연이고, 기부는 합생하며, 엽연 기부에 성기게 선모가 있다. 화서 단정화서이며, 정생하거나 액생한다. 소화경은 직립하며, 길이 1.2-14.6 ㎜이고, 선모가 있다. 꽃 양성화이고, 4수성이며, 매우 드물게 5수성이다. 꽃받침잎은 난형 내지 타원형이며, 크기 0.8-1.8 × 0.7-1.4 ㎜이고, 둔두이며, 가장자리는 적색이고, 양면에 털이 없으며, 결실기에 닫히고 열매 성숙 시 수평으로 펼쳐진다. 꽃잎은 없거나, 선형이며, 길이 0.4-4.5 ㎜이고, 선단부는 요두이며, 황록색이다. 수술은 4개이고, 수술대는 선형이며, 약은 백색이다. 암술은 1개이고, 자방은 난형이며, 크기 0.6-1.1 × 1.1-1.2 ㎜이고, 털이 없으며, 암술대는 4개로 갈라진다. 열매 삭과이고, 난형이며, 크기 1.4-1.8 × 1.3-1.4 ㎜이고, 황갈색으로 익으며, 털이 없다. 종자 삼각상 난형이며, 크기 0.3-0.6 × 0.2-0.4 ㎜이고, 갈색 내지 흑갈색이며, 표면은 그물형이고, 볼록한 돌기가 있으며, 향축면에 홈이 있다.
국명: 선개미자리(Seon-gae-mi-ja-ri)
영명: Upright pearlwort
개화기: 4-5월
결실기: 5-6월
원산지: 유럽
분포: 영국 제도에서 서부 폴란드와 헝가리, 남쪽에서 스위스, 스페인, 모로코와 카나리아 제도에 이르는 중부 유럽 전체, 한국(귀화)
국내분포: 경기(평택), 충남(보령), 부산
관찰표본: KOREA. Gyeonggi-do: Pyeongtaek-si, Ichung-dong, 9 May 2021, M.K.Lee LMK0027 [3 sheets (KH)]. Chungcheongnam-do: Boryeong-si, inheuk-dong, 6 May 2021, M.K.Lee LMK0026 [3 sheets (KH)]. Busan-si: Dongnae-gu, Oncheon-dong, 6 May 2020, S.W.Lee LSW2020481 [2 sheets (KH)]; same locality, 22 Apr. 2021, S.W.Lee LSW2021107 [3 sheets (KH)]; Gangseo-gu, Daejeo1-dong, 4 May 2020, S.W.Lee LSW2020116 [4 sheets (KH)]; Songjeong-dong16 Jun. 2022, S.W.Lee LSW2022211 [2 sheets (KH)]; Haeundae-gu, U-dong, 26 May 2021, S.W.Lee LSW2021212 [2 sheets (KH)].
분류학적 논의:Sagina micropetala는 포장도로 틈과 같은 인공적인 생육지에서 주로 자라며, 중부 유럽 일대에 분포한다(Dillenberger and Kadereit, 2022; Jonsell, 2001). 본 종은 잎이 합생하고, 소화경에 선모가 있으며, 꽃이 백색인 점으로 국내에 보고된 개미자리 및 큰개미자리와 형태적으로 유사하나, 꽃이 4수성이고, 엽연에 털이 있으며, 꽃받침잎이 수평으로 펴지고, 가장자리가 적색이며, 종자표면에 볼록한 돌기가 있는 특징으로 뚜렷이 구분된다(Fig. 1). 게다가 분자분석에서도 이들은(Sag001, 005, 006, 016, 017, 018, 019) Genbank에 등록된 유럽산 S. micropetala와 100% bootstrap value로 유집되어 경기, 춘천, 부산에서 채집된 개체군이 S. micropetala임을 지지하였다(Fig. 3). 본 종의 국명은 줄기가 직립하는 특징을 반영하여 선개미자리로 신칭하였다. 한편 선개미자리는 유럽에 자생하는 S. apetala Ard.와 형태적으로 매우 유사하여 종 동정에 어려움이 있다. 그러나 S. apetala는 주로 모래가 많은 건조한 초원에서 생육하며, 꽃받침잎이 열매에 밀착되고, 외부 꽃받침잎이 예두 또는 평두에 가까우며, 꽃받침잎 길이가 열매 길이와 거의 동등하고 가장자리가 흰색인 특징으로 선개미자리와 뚜렷이 구분된다(Clapham and Jardine, 1964; Dillenberger and Kadereit, 2022; Duistermaat, 2020; Jonsell, 2001; Parolly and Rohwer, 2019).
Sagina procumbens L., Sp. Pl.: 128, 1753.
TYPE: Illustration. in Séguier, Plantae Veronenses 1: 421, tab. 5, fig. 3 (1745).
생활형 일년생 또는 다년생이며, 방석형으로 생육하고, 높이 1.6-6.7 ㎝으로 자란다. 뿌리 줄기마디에 형성된다. 줄기 기거나 비스듬히 자라며, 털이 없다. 잎 합생하고, 선형이며, 크기 1.5-8.9 × 0.6-1 ㎜이고, 선단부는 소철두이며, 전연이고, 기부는 합생하며, 엽연 기부에 선모가 있다. 화서 단정화서이며, 정생하거나 액생한다. 소화경은 개화기에 휘어지고, 결실기에 직립하며, 길이 1.6-9.2 ㎜이고, 털이 없거나 성기게 있다. 꽃 양성화이고, 4수성이며 매우 드물게 5수성이다. 꽃받침잎은 넓은 난형이며, 크기 1.2-2.8 × 0.7-1.3 ㎜이고, 둔두 내지 원두이며, 가장자리는 백색 내지 황록색이고, 털이 없으며, 결실기에 닫히고 열매 성숙 시 펼쳐진다. 꽃잎은 난형 내지 타원형이며, 길이 0.6-1.5 ㎜이고, 선단부는 둔두 또는 원두이며, 백색이다. 수술은 2-4개이고, 수술대는 선형이며, 약은 백색이다. 암술은 1개이고, 자방은 난형이며, 크기 1.1-1.7 × 1-1.6 ㎜이고, 털은 없으며, 암술대는 4개로 갈라진다. 열매 삭과이고, 난형이며, 크기 1.3-3 × 1.2-1.7 ㎜이고, 황갈색으로 익으며, 털이 없다. 종자 삼각상 난형이며, 크기 0.3-0.5 × 0.3-0.4 ㎜이고, 갈색 내지 흑갈색이며, 표면은 그물형으로 되어있고, 낮은 돌기가 있으며, 향축면에 홈이 있다.
국명: 민개미자리(Min-gae-mi-ja-ri)
영명: Procumbent pearlwort, birdeye pearlwort
개화기: 4-5월
결실기: 5-6월
원산지: 유럽
분포: 북반구 일대 널리 분포, 한국(귀화)
국내분포: 서울, 인천, 경기(평택, 수원, 용인), 강원(평창, 횡성), 충남(태안)
관찰표본: KOREA. Seoul-si, Dongjak-gu, Sindaebang-dong, 15 May 2021, J.S.Kim KJS0742 [2 sheets (KH)]; Mapo-gu, Sangam-dong, 14 May 2020, J.S.Kim KJS0504 [2 sheets (KH)]; same locality, 28 Apr. 2021, J.S.Kim KJS0733 (KH); Seocho-gu, Banpo-dong, 11 May 2021, J.S.Kim KJS0735 [2 sheets (KH)]. Incheon-si: Jung-gu, Bukseongdong1-ga, 24 May 2021, J.S.Kim KJS0800 [2 sheets (KH)]. Gyeonggi-do: Pyeongtaek-si, Ichung-dong, 9 May 2021, M.K.Lee LMK0028 [3 sheets (KH)]; Suwon-si, Paldal-gu, Ingye-dong, 12 Jul. 2021, J.S.Kim KJS0882 (KH); Yeongtong-gu, Iui-dong, 22 Jul. 2022, M.K.Lee LMK181 [2 sheets (KH)]; Yongin-si, Cheoin-gu, Gimnyangjang-dong, 10 Jul. 2021, M.K.Lee LMK0066 [3 sheets (KH)]. Gangwon-do: Pyeongchang-gun, Mitan-myeon, Chang-ri, 1 Jun. 2022, J.S.Kim KJS1161 [4 sheets (KH)]; Hoengseong-gun, Dunnae-myeon, Japogok-ri, 5 Jun. 2021, J.S.Kim KJS0826 [2 sheets (KH)]. Chungcheongnam-do: Taean-gun, Sowon-myeon, Uihang-ri, 28 Jun. 2021, J.S.Kim KJS0848 (KH).
분류학적 논의:Sagina procumbens는 해안가 바위 균열 틈 혹은 공원에서 주로 발견된다(Jonsell, 2001). 분포는 북반구 전역이나, 유럽 원산의 식물이다(Akiyama, 1999; Crow, 1978; Lu et al., 2001; Mizushima, 1954; Thulin, 2022). 본 종은 꽃이 4수성이고, 소화경은 개화기에 휘어지나 결실기에 직립하고, 꽃받침잎은 넓은 난형이며, 가장자리가 백색 또는 황록색이고, 종자는 돌기의 높이가 비교적 낮은 특징을 가진다(Fig. 2).
한국산 개미자리속 종검색표
1. 꽃은 주로 4수성이다.
2. 줄기의 마디에서 뿌리가 형성되지 않고, 소화경은 항상 직립하며, 결실기의 꽃받침잎 가장자리는 적색이고, 종자표면의 돌기가 볼록하다 … S. micropetala (선개미자리)
2. 줄기의 마디에서 뿌리가 형성되고, 소화경은 개화기에 휘어지며, 결실기에 직립하고, 결실기의 꽃받침잎 가장자리는 백색 내지 황록색이고, 종자표면의 돌기가 납작하다 … S. procumbens (민개미자리)
1. 꽃은 주로 5수성이다.
3. 식물체에 털이 없고, 종자에 홈이 있다 … S. saginoides (거문도개미자리)
3. 식물체는 상부에 선모가 있고, 종자에 홈이 없다.
4. 종자는 돌기가 있다 … S. japonica (개미자리)
4. 종자는 매끄럽다 … S. maxima (큰개미자리)
적 요
최근 국내 여러 지역에서 꽃이 4수성인 선개미자리와 민개미자리를 발견하였다. 국내에서 생육하는 개미자리속 식물은 모두 Spergella절에 속하는 5수성이지만 발견된 두 분류군은 4수성을 나타내는 Saginella절에 속한다. 또한 결실기의 꽃받침잎과 종자 등 형태학적 형질에서 국내 생육하는 개미자리속 식물과 큰 차이를 보였다. 본 종들의 명확한 실체 규명을 위해 형태적 주요 특성을 국외 도감, 문헌 등을 활용하여 비교 관찰하였다. 그 결과, 형태적으로 선개미자리는 엽연에 털이 있고, 꽃받침잎이 수평으로 펴지며, 가장자리가 적색이고, 종자 표면의 돌기가 볼록하다. 민개미자리는 소화경이 개화기에 휘어지고, 결실기에 직립하며, 꽃받침잎은 넓은 난형이고, 가장자리가 백색 또는 황록색이며, 종자의 돌기가 납작한 특징으로 구분된다. 분자생물학적 분석에서 채집된 19 개체군은 Genbank에 등록된 개미자리속 유전정보와 함께 각각의 종으로 유집되어, 국내 분포하는 분류군의 실체를 지지하였다.
