후생동물의 미토콘드리아 유전체 데이터베이스(Mitome) 구축 및 유용성 검증
= Construction and utility test of a dynamic and interactive database, Mitome for metazoan mitochondrial genomes :

 
저자 이용석
형태사항 xi, 99 p. ; 26 cm.
일반주기 Includes bibliographical references (p. 70-78)
학위논문사항 Thesis (doctoral)-- 경북대학교 대학원 : 생물학과 2009. 8
DDC 571.65 22
발행국 대한민국
언어 영어
출판년 2009
소장기관 경북대학교 중앙도서관 소장기관정보

 
초록
미토콘드리아 유전체 염기서열은 많은 생물 분류군들의 진화와 비교분석 연구에 널리 이용되고 있다. 최근 염기서열 결정 기술의 발달로 미토콘드리아 유전체 염기서열의 수가 폭발적으로 증가하였다. 이로 인해 급속히 증가되는 대량의 데이터의 효율적인 저장 관리 및 분석 시스템의 필요성이 대두되었다. 데이터베이스와 생물정보학적 분석기술은 축적된 미토콘드리아 유전체 염기서열 데이터의 저장과 정보 검색 뿐만 아니라 유전체의 비교분석과 계통분석을 용이하게 한다. 본 연구를 통해 후생동물의 미토콘드리아 유전체 비교 분석이 가능한 웹 데이터베이스인 Mitome을 구축하였으며, 구축된 Mitome의 유용성을 검증하기 위해 절지동물의 유전체의 비교분석과 절지동물의 주요 그룹 간 계통유연관계 분석을 수행하였다.
Mitome은 후생동물 미토콘드리아 유전체의 다양한 특징들-염기서열 빈도, AT 또는 GC skewness, codon usage, 유전자 배열 양상-을 쉽게 비교 분석할 수 있도록 설계된 특화된 미토콘드리아 유전체 웹 데이터베이스이다. Mitome의 특징적인 기능은 다음과 같다. 먼저, 사용자가 분석하고자 하는 생물들의 미토콘드리아 유전체 데이터를 손쉽게 찾아 이용할 수 있도록 분류학적 범주에 따라 데이터를 정리 하였다. 두 번째, 그래픽 유전체 브라우저를 통해 각각의 미토콘드리아 유전체 특징들을 한 눈에 확인하고 취합할 수 있다. 세 번째, 특정 미토콘드리아 유전자 배열을 지니고 있는 생물종을 탐색하는 기능을 가지고 있다. 네 번째, 전체 미토콘드리아 유전체뿐만 아니라 각각의 유전자에 대한 염기서열이나 아미노산 서열을 다운로드 받을 수 있다. 마지막으로, NCBI, PubMed나 Taxonomy 등과 같은 공공 데이터베이스들의 연결 아이디를 제공함으로써 더 많은 정보를 제공 받을 수 있다. 이러한 많은 기능들을 동적이며 빠른 웹 데이터베이스를 통해 제공하기 위해서 Mtiome은 최신 각광받고 있는 기술인 Ajax (Asynchronous JavaScript and XML)와 Web Services를 이용해서 구축되었다.
Mitome의 유용성을 검증하기 위해 본 연구를 통해 새롭게 결정된 무당거미(Nephila clavata)와 등뾰족애기손바다거미(Achelia bituberculata), 등줄굴노래기(Antrokoreana gracilipes) 3종을 포함한 23종의 미토콘드리아 유전체들의 비교 분석과 현재까지 가장 논란이 되고 있는 절지동물의 주요 그룹 간 계통유연관계 분석을 수행하였다. 염기쌍의 수에서 노랑초파리(Drosophila melanogaster)를 제외하고 절지동물의 미토콘드리아 유전체는 대개 14,000에서 17,000개의 염기쌍을 가진 것을 확인하였고, 미토콘드리아 유전체 염기조성은 A+T 함량이 G+C 함량보다 높은 것을 확인 할 수 있었다. 염기 서열 비대칭도(skewness) 분석에서, 미토콘드리아 유전체의 비대칭도는 무당거미(Nephila clavata)와 꿀벌 응애(Varroa destructor)종을 제외하고는 모두 AT skewness는 -값을 가지고 GC skewness는 +값을 가진다. 또한 절지동물의 계통유연관계를 규명하기 위해 전체 미토콘드리아 유전체에서 ATP8을 제외하고 12개의 단백질 암호화 유전자로부터 얻어진 아미노산 서열에 근거하여 Bayesian inference와 maximum likelihood 방법을 이용하여 계통 분석을 수행하였다. 그 결과, 바다거미가 육상의 거미와 하나의 자매군을 형성하였으며, 다른 협각류와 단계통을 이루었다. 또한 육각류와 갑각류가 하나의 clade로 묶여 범갑각류(Pancrustacea)의 단계통성을 지지하고, 바다거미, 협각류와 다지류가 하나의 clade로 묶이는 결과를 얻었다. 이러한 결과는 Mitome이 분류군간의 비교 유전체 연구 및 계통 유연관계 연구에 있어서 매우 유용한 시스템이라는 것을 보여준다.
본 연구를 통해 후생동물의 미토콘드리아 유전체의 다양한 특징들을 비교 분석하기 용이한 웹 데이터베이스인 Mitome을 구축하였다. Mitome은 대용량 데이터 비교 분석 시 최근에 각광 받고 있는 기술인 Ajax와 Web services를 이용하여 동적이며 빠른 분석이 가능하다. Mitome을 활용하여 최근까지도 논란이 되고 있는 절지동물들의 주요 그룹 간 유연관계를 규명하기 위해 미토콘드리아 유전체 비교 분석 및 계통 분석을 수행하였다. 결론적으로 Mitome은 분자 계통 진화학, 비교 유전체학과 같은 분야에서 매우 유용하게 사용 될 수 있으며 가치 있는 웹 데이터베이스가 될 수 있을 것으로 기대된다.

 
목차
INTRODUCTION 1
MATERIALS AND METHODS 6
1. System environments of Mitome 6
2. Sequencing of the three complete mitochondrial genomes 7
3. Comparative analyses 10
4. Phylogenetic analyses 12
RESULTS AND DISCUSSION 15
1. Development of Mitome 15
2. Utility test of Mitome 48
CONCLUSION 68
REFERENCES 70
APPENDICES 79
ABSTRACT IN KOREAN 97

주제어
Mitome, mitochondrial genome, Metazoa