극단론자

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13017(2023) 이 기사 인용

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세계 무역을 통해 외래 식물 해충이 유입되는 것을 방지하려면 종 식별이 필요합니다. 이러한 해충 중 상당수는 연구가 부족하고 신속한 분자 식별 방법의 기반이 될 수 있는 공개적으로 이용 가능한 DNA 서열 데이터가 부족합니다. 그러한 혈통 중 하나는 Chrysodeixis 속으로, 여기에는 미국 무역 이니셔티브에 대한 잠재적 우려가 있는 세 가지 종(C. includens, C. chalcites 및 C. eriosoma)이 포함됩니다. 여기에서는 진화 관계를 명확히 하고 실시간 PCR 식별 기술을 개발하기 위해 긴 읽기 시퀀싱을 사용하여 강력한 45S rDNA 프로필을 생성하는 방법을 설명합니다. 이러한 식별 도구는 전통적인 형태학적 식별 방법이 불충분한 검역 대상 Chrysodeixis 종을 신속하게 구별하는 데 유용할 것입니다. 이와 같은 분자 방법은 각 표본을 식별하는 데 소요되는 시간을 크게 줄이고, eDNA 검출을 허용하며, 처리량을 크게 늘리고, 검출 확률을 높입니다. 여기에 제시된 방법은 일반적으로 분자 진단 분석이 필요한 연구되지 않은 나비목 분류군에 적용할 수 있으며, 프라이머의 조정 또는 테스트를 통해 벤치탑 환경에서 rDNA 프로필을 개발하는 것이 유용한 모든 그룹에 적용될 수 있습니다.

인간에 의한 종(특히 식물과 곤충)의 이동이 그 어느 때보다 빠른 속도로 발생하고 있는 세계화된 세계에서 종 진단은 점점 더 중요해지고 있습니다1,2. 사람들의 이동이 증가하고 식량 작물, 절화, 목재 포장재를 포함한 농산물의 전 세계 운송이 증가함에 따라 관련 곤충을 신속하게 탐지하고 식별하는 능력은 침입성 해충 종의 도입 및 확립을 제한하는 데 매우 중요합니다3,4. 미국에서는 입국항에서의 화물 및 상품 검사와 외래 해충에 대한 국내 조사를 통해 해충의 존재 여부를 선별합니다. 이러한 표본의 식별은 어려울 수 있으며 유기체가 발견된 호스트와 배송 원산지에 대한 정확한 기록에 의존하는 경우가 많습니다. 두 기록 모두 여러 위치를 통한 환적으로 인해 복잡해질 수 있습니다5. 많은 경우에, 차단된 해충은 과, 아과 또는 속에서만 식별될 수 있습니다. 이는 유충 단계에서 거의 독점적으로 차단되는 나비목의 경우 특히 그렇습니다.

페로몬 미끼에 대한 교차 유인으로 인해 단일 트랩에 수십 또는 수백 마리의 유사한 비표적이 포획될 수 있기 때문에 국내 조사 중에 포획된 곤충의 식별도 어렵습니다. 침입종을 확립하기 전에(즉, 지체 단계6) 탐지하려면 잠재적인 표적을 신속하게 식별하는 것이 바람직하지만, 그렇게 하려면 종종 각 표본을 해부하거나 시토크롬 C 산화효소 1(CO1) DNA 바코딩과 같은 분자 접근법이 필요합니다7. 두 가지 접근법 모두 시간이 많이 걸리며 이전에 기술되지 않았거나 특성이 잘 알려지지 않았거나 공개적으로 이용 가능한 서열 데이터가 부족한 종의 경우 신뢰할 수 없을 수 있습니다. 침입종 탐지 가능성을 높이기 위해 일반적으로 차단되고 잠재적으로 침입하는 일부 해충 종에 대해 신속하거나 처리량이 높은 분자 분석이 개발되었습니다(예:8,9,10,11). 처리량이 많은 분자 식별 기술은 검출 확률을 높일 뿐만 아니라, 특히 다중 분석의 경우 식별을 완료하는 데 필요한 시간과 비용을 대폭 줄여줍니다12,13. 침입 가능성이 높은 일부 종도 연구되지 않았으며 자매 종에 대한 계통발생적 배치 및 설명, 종 내의 계통학적 변이 또는 공개적으로 이용 가능한 서열 데이터와 같은 기본 정보가 부족합니다.

CO1 서열의 대규모 데이터베이스가 많은 종(예: BOLD15, GenBank16)에 대해 이용 가능하지만, 이 영역은 높은 AT 함량, 낮은 종간 변동 및 낮은 특성으로 인해 실시간 PCR과 같은 DNA 서열 기반 기술 개발에 적합하지 않을 수 있습니다. /또는 급속한 진화와 유전적 부동으로 인한 높은 종내 변이. 이러한 상황에서는 45S 리보솜 RNA(rRNA) 영역을 사용하여 종 식별을 안정적으로 수행할 수 있는 경우가 많습니다. 서열 분석을 위한 첫 번째 핵산 중에서 45S rRNA는 게놈에 매우 풍부하고 길이가 상대적으로 짧습니다18. rRNA 단위는 외부 전사 스페이서(ETS), 18S rRNA, 내부 전사 스페이서(ITS) 1, 5.8S rRNA, ITS2 및 28S rRNA19로 구성된 구조적으로 보존된 직렬 반복으로 구성됩니다. rRNA의 이러한 특성과 코딩 영역의 서열 보존 및 기본 리보솜 DNA(rDNA)의 비코딩 ITS 영역의 높은 진화 속도로 인해 이 유전자좌를 전체 나무에 걸친 계통발생 연구에 사용하게 되었습니다. 생활20,21. 이러한 계통발생 연구를 통해 대량의 rDNA 서열 데이터가 공개적으로 이용 가능해졌으며, 이를 통해 연구자들은 신속한 종 식별 방법을 개발했습니다. 이러한 유전자좌는 ITS 영역이 종 내에서 상대적으로 보존되고, 종 간에 매우 가변적이며(점 돌연변이 및 삽입 삭제 모두 포함) 게놈에서 높은 사본 수로 존재하기 때문에 이러한 분자 분석에 이상적입니다. 이는 프로브 기반 PCR 분석법 개발을 위한 이상적인 후보가 되며 분해된 DNA 또는 매우 복잡한 환경 샘플에서도 이러한 서열의 증폭을 허용합니다24,25. 18S, 28S, 5.8S rRNA 코딩 서열은 고도로 보존되어 있기 때문에 해당 종에 대한 rDNA 서열 데이터가 없더라도 이 전체 영역을 증폭시키는 범용 프라이머의 개발이 가능합니다. 그러나 단일 게놈 내 복제 수가 많기 때문에 개인 내 복제 간에는 뉴클레오티드 차이가 존재합니다. 이러한 개인 내 변이는 리보타입으로 간주되며 종 식별을 위한 신뢰할 수 있는 DNA 기반 기술을 개발할 때 이러한 리보형 변이를 피해야 하지만 리보형 변이의 특성 분석은 거의 완료되지 않습니다. 따라서 처리량이 높은 시퀀싱 방법을 사용하면 리보형 다양성을 특성화하고 반복 사이에 존재하는 고정 변이와 일시적 변이를 구별하는 데 유용합니다.