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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean J. Environ. Biol. Vol.38 No.3 pp.343-349
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2020.38.3.343

Nuclear DNA content determinations in 15 seawater shellfish species in Korea

In-Seok Park*, Hee-Jung Choi1
Division of Marine Bioscience, Korea Maritime & Ocean University, Busan 49112, Republic of Korea
1Marine Bio-Resources Research Unit, Korea Institute of Ocean Science & Technology, Busan 49111, Republic of Korea

These authors contributed equally to this work.


*Corresponding author In-Seok Park Tel. 051-410-4321 E-mail. ispark@kmou.ac.kr
12/05/2020 18/06/2020 10/08/2020

Abstract


The object of this study was to obtain nuclear DNA content data for representatives of the 15 shellfish species that inhabit the coast of Korea. In the gastropoda group, the DNA content (pg DNA nucleus-1) was 3.3±0.08 in Haliotis discus hannai and 2.4±0.18 in Batillus cornutus. In the bivalvia group, the DNA content (pg DNA nucleus-1) was 2.0±0.15 in Scapharca broughtonii, 3.0±0.12 in Mytilus galloprovincialis, 2.9±0.05 in Meretrix lusoria, 2.2±0.03 in Meretrix lamarkii, 2.6±0.05 in Fulvia mutica, 1.8±0.18 in Tegillarca granosa, 3.3±0.01 in Solen corneus, 2.2±0.04 in Barnea manilensis, in 2.5±0.32 in Crassostrea gigas, 3.9±0.24 in Atrina pectinate, 3.5±0.15 in Patinopecten yessoensis, 1.9±0.16 in Amygdala philippinarum, and 2.3±0.14 in Pseudocardium sachalinensis. The results of this study provide new information for a better understanding of the genomic evolution process of the shellfish species investigated in this experiment.



한국 해산 패류 15종의 DNA 함량

박인석*, 최 희정1
한국해양대학교 해 양생명과학부
1한국해양과학기술원 생 물자원 연 구단

초록


    Korea Institute of Marine Science & Technology promotion

    서 론

    해산 패류 복족류 (gastropoda) 중 참전복 (Haliotis discus hannai)은 한국에서 식용으로 널리 이용하고 있고, 산업적 가치가 있으며 특히 전복은 식품학적 측면에서 오래전부 터 한국, 중국 및 일본 등지에서 상당히 귀중하게 여기는 건강 기능성 수산물로 그 시장 가치가 매우 높다 (Cho et al. 2018). 소라 (Batillus cornutus) 또한 복족류에 속하는 패 류로, 한국 남해 외양 암초 지대를 비롯한 해조류 중 특히 갈조류가 풍부한 곳에 서식하며 식용으로 널리 이용되고 있다 (Yoo 2015).

    우리나라 해산 이매패류 (bivalvia) 중 일부 이매패류 의 특성은 다음과 같다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015): 피조개 (Scapharca broughtonii)의 국내 주요 분포지는 남해안과 동해안의 내만으로, 간조선부터 수심 50 m에 이르는 저 질이 사질·개흙질인 곳에 서식한다. 또한, 피조개는 꼬막 류 중 가장 색이 붉고 크기가 크며 육질이 연한 종으로, 주로 바닥식이나 채롱수하식으로 양식하는 값 비싼 수 출품이다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015). 지중해담치 (Mytilus galloprovincialis)는 서유럽이 원산지인 외래종이나 현재 는 토착화되어 우리나라 전 해역에 분포하고 있으며, 홍 합 (Mytilus coruscus) 보다는 작고 큰 군체를 형성하여 부유 물을 걸러 먹는 여과 섭식을 한다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015).

    백합 (Meretrix lusoria)은 우리나라의 남해안과 서해안에 서 자생하며, 특히 서해안에 많이 분포한다. 백합은 육수의 영향을 받는 곳이나 사질토가 많은 간석지, 수심 5~6 m에 서 주로 서식하며, 우리나라에서는 조위망양식으로 본격 적인 양식을 시작하였다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015). 민무늬 백합 (M. lamarkii)은 대형 이매패류로 백합과 패각 모양이 비슷하나, 백합보다 삼각형에 가까운 원형으로 두껍고 매 끄러우며 광택이 나는 차이가 있다. 민무늬백합은 한국, 타 이완 및 필리핀 등지에 분포하며, 조간대와 수심 20 m에 이르는 곳까지의 사질 저면에 서식한다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015).

    새조개 (Fulvia mutica)는 우리나라 남해안 내해의 수심 5~30 m인 저질이 진흙인 곳에 주로 서식하며, 발을 이용 해 헤엄을 쳐 멀리까지 이동하는 특성이 있다. 새조개의 양식기술은 아직 개발되지 않았고, 패류형망이나 타뢰망 을 이용하여 어획하며, 어린 조개의 채취를 금지하는 등의 어획 제한을 통한 관리가 이루어지고 있다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015). 꼬막 (Tegillarca granosa)은 우리나라의 서해안 과 남해안에 분포하고 파도의 영향을 적게 받는 조간대에 주로 서식한다. 꼬막은 연한 진흙질 바닥에서 비부착성 생 활을 하는 종으로, 예로부터 연안 어민들이 식품으로 애 용하였으며, 최근에는 연안의 조간대에서 바닥양식을 통 해 양성하고 있다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015).

    맛조개 (Solen corneus)는 맛류의 일반적인 특징인 패각 장이 패각고에 비해 매우 긴 장방형 패각을 가지며 두께 가 얇고, 연체의 뒤끝에 있는 출수관과 입수관이 갈라져 가늘고 긴 특징을 가지고 있다. 맛조개는 조개국물 재료 등의 식용으로 활용한다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015). 돌맛조 개 (Barnea manilensis)는 한국, 일본의 홋카이도 이남, 인 도양 및 태평양 등지에 분포하며, 조간대와 수심 10 m에 이르는 곳까지의 이암이나 석회암에 서식한다. 또한 구 멍을 뚫어 서식지를 만드는 특성이 있으며 해산 패류 중 식용으로 가치가 높다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015). 참굴 (Crassostrea gigas)은 주로 조간대의 바위 등에 부착하여 서식하지만, 수심 5~40 m의 진흙바닥에서도 발견된 바 있으며, 패각은 왼쪽이 부착기로 다소 평편하나, 오른쪽 은 볼록한 비대칭 형태를 띤다. 우리나라에 서식하는 굴 중 가장 흔하며, 남해안에서 수하식으로 대량 양식하고 있 다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015).

    키조개 (Atrina pectinata)의 패각은 각정쪽으로 가면서 그 폭이 좁아지고, 배면은 직선인 삼각 형태이다. 키조개 의 전폐각근은 각정 가까이 위치하고 크기가 작으나, 후폐 각근은 중심부에 위치하며, 패주 혹은 관자라 하여 예로부 터 식용으로 이용하고 있을 뿐 아니라 값비싼 수출품이다. 키조개는 우리나라의 남해안과 서해안에 분포하며, 조간 대와 수심 30 m에 이르는 곳까지의 이질인 지질 속에 주 로 서식한다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015). 큰가리비 (Patinopecten yessoensis)는 한류성 패류로 우리나라의 동해 및 일본에 분 포하며, 수심 10~30 m의 저질이 모래자갈인 곳에 주로 서 식한다. 큰가리비의 패각은 원형에 가까운 부채 모양으로 패공예품으로 이용하거나 미역, 다시마 등의 사상체 부착 기로 이용하고, 패각의 중앙에 위치한 후폐각근은 식용으 로 활용한다. 최근 종묘생산과 수하식양식을 시도하고 있 다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015).

    바지락 (Amygdala philippinarum)은 우리나라 전 연안 에 넓게 분포하지만 서해안이 개체수가 특히 풍부하고, 육수의 영향을 받는 천해 중 이질이 많지 않은 사니질 로 이루어진 저질의 조간대와 수심 약 5 m에 이르는 곳 까지 서식한다. 바지락은 이동범위가 좁아 예로부터 연 안 어민들이 식용으로 활용하고 있으며 양식이 쉬워 바닥 양식으로 양성하고 있다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015). 북방대 합 (Pseudocardium sachalinensis)은 우리나라 동해 북부에 주로 서식하며 형망을 이용하여 채취한다. 북방대합은 그 근육과 폐각근은 식용으로 인기가 있으며, 최근 인공종 묘 생산에 성공하여 대량 양식이 가능해졌다. 북방대합은 바닥뿌림식으로 양식하며 풍파가 심한 동해안 해역이 양 식 적지이다 (The Academy of Korean Studies 1991;Korean Mollusks Museum 2010;Yoo 2015).

    DNA 함량은 다른 종간에서는 유의하게 다양하게 나타 나며, 동일 종 혹은 한 개체의 다양한 조직들에서 동일한 배수화를 보임과 동시에 모든 세포들에서 통계적으로 일 정함을 보인다 (Chiarelli and Capanna 1973). 종간에서의 DNA 함량은 매우 다양하기 때문에 Ohno (1974)는 핵형분 석에 의한 연구들이 만약 genome 크기 다양성을 고려하지 않는다면 그 상대성에 있어 의미가 없다고 제안한 바 있다. 현재까지 어류를 대상으로 한 DNA 함량 조사는 Feulgen 염색한 혈액 도말에서의 microdensitometry 분석 (Oliveira et al. 1992, 1993a, 1993b;Carvalho et al. 2002)과 base-specific fluorochrome으로 부유상태의 혈구세포를 유세포분석기 (flowcytometry: Tiersch et al. 1989a, 1989b, 1990;Carvalho et al. 2002)로 분석하는 방법으로 이루어지고 있다.

    이 중 유세포분석기를 이용한 방법은 의학 분야 중 암 (cancer)학에서도 다양하게 활용되고 있으며, 패류 연구 에서는 유액 상태의 패류 세포집단을 대상으로 세포크기, 세포내부 조성 정도, 세포주기 분석 및 세포기능 인지 등 과 같은 한 세포가 가지는 여러 특징의 분석이 가능하며 (Vanparys et al. 2006), 이매패류에서 혈구세포 집단의 분 리나 확인에서부터 이매패류의 면역학과 병리학 연구 분 야로 그 영역이 확대되고 있다 (Da Silva et al. 2004;Park 2020). 최근에는 기기의 발달, 환산 방법 개선 및 시약 기 능의 향상 등으로 유세포분석은 신속·정확한 DNA 함 량 분석이 가능하며, 사용 효과의 장래성을 보이고 있다 (Estevam et al. 2011;Park 2020).

    본 연구는 우리나라 해산 패류에 대한 DNA 함량 분석 이 아직 이루어지지 않음을 고려, 산업적으로 유용성이 있 는 복족류 중 참전복과 소라 그리고 이매패류 중 피조개, 지중해담치, 백합, 민무늬백합, 새조개, 꼬막, 맛조개, 돌맛 조개, 참굴, 키조개, 큰가리비, 바지락 및 북방대합으로 총 15종의 해산 패류에 대하여 유세포분석 기법에 의한DNA 함량을 분석·평가하여 연구 대상 패류에 대한 세포유전학 적 연구와 genomic진화과정을 더욱 잘 이해할 수 있도록 하는 새로운 정보를 제공하고자 한다.

    재료 및 방법

    본 연구에 사용한 한국 해산 패류 15종은 한국의 남해 안 (부산광역시 자갈치 시장)과 서해안 (충청남도 보령시 대천항 수산시장)의 수산시장에서 구매하였다. 모든 패 류 표본들은 digital vernier calipers (CD-20CP; Mitutoyo, Kawasaki, Japan)로 각장과 각고를 0.1 cm 단위까지 각 각 계측하였다. 본 연구에 사용된 패류는 총 15종으로 이 중에서 패류는 2종으로 참전복 (Haliotis discus hannai) 과 소라 (Batillus cornutus)이며, 나머지 13종은 이매패류 로 피조개 (Scapharca broughtonii), 지중해담치 (Mytilus galloprovincialis), 백합 (Meretrix lusoria), 민무늬백합 (M. lamarkii), 새조개 (Fulvia mutica), 꼬막 (Tegillarca granosa), 맛조개 (Solen corneus), 돌맛조개 (Barnea manilensis), 참 굴 (Crassostrea gigas), 키조개 (Atrina pectinata), 큰가리비 (Patinopecten yessoensis), 바지락 (Amygdala philippinarum) 및 북방대합 (Pseudocardium sachalinensis) 13종이다.

    수집한 패류를 종별로 각 50마리를 70% ethanol (Sigma, USA)로 고정하였으며 고정 후 24시간에 70% ethanol 로 교환·재고정하였다. 유세포분석기 (Partec PA-II flowcytometry, Germany)를 사용하여 DNA 함량을 측정하였다 (Park et al. 1999;Park 2020). 70% ethanol에 고정된 각 패류 표본에서 외투막 근육조직 5 mg을 미세가위와 미세핀셋 으로 적출한 후, 미세가위를 사용하여 chopping법으로 균 질화 시켜 30 μm의 여과주사기로 여과·수집하였으며, 원 심분리기 (Centrifuge Micro 17R, Hanil Sci. Ind. Co., Korea) 를 이용해 1,000 rpm으로 10분간 원심분리하였다.

    이후 상층액을 제거하였으며, 각 test tube에 0.5 mL의 CyStain DNA 2 step nuclei extraction buffer (CyStain DNA 2 step high resolution DNA staining kit, Partec, Germany)와 2 mL CyStain DNA 2 step nuclei extraction buffer (CyStain DNA 2 step high resolution DNA staining kit, Partec, Germany)을 첨가하여 유세포분석을 실시하였다. 각 표본 의 상대 DNA 함량을 계산하기 위하여 Park et al. (1999)Park (2020)의 방법에 따라 DNA 함량이 2.8 pg nucleus-1 인 미꾸라지 (Misgurnus mizolepis)의 등지느러미 조직을 standard control로 사용하였다.

    결과 및 고찰

    본 연구에 사용한 15종 패류들에 대한 각장과 각고 계측 결과를 Table 1에 나타내었으며, 아울러 기존 미꾸라지 (Misgurnus mizolepis) DNA 함량에 기준한 상대적인 DNA 함량을 Table 1과 Fig. 1에 나타내었다. 키조개 (Atrina pectinata) 의 DNA 함량이 3.9±0.15 pg DNA nucleus-1로 가장 높 은 DNA 함량을 보였으며 꼬막 (Tegillarca granosa)의 DNA 함량은 1.8±0.18 pg DNA nucleus-1로 가장 낮은 DNA 함량 을 보였다 (Table 1). Thiriot-Quievreux (2002)는 32종의 이 매패류의 DNA 함량을 측정한 결과 DNA 함량에 있어 참 굴 (Crassostrea gigas)의 1.82 pg DNA nucleus-1에서부터 바 지락 (Tapes philippinarum)의 3.94 pg DNA nucleus-1에 이른 다고 보고한 바 있다.

    복족류에서 참전복 (Haliotis discus hannai: 3.3±0.08 pg DNA nucleus-1)이 소라 (Batillus cornutus: 2.4±0.18 pg DNA nucleus-1)에 비해 높은 DNA 함량을 보였다. 본 연구에서 의 참전복의 3.3±0.08 pg DNA nucleus-1는 참전복 DNA 함 량에 있어 An et al. (2007)이 보고한 3.36 pg DNA nucleus-1 나 Park (2020)이 보고한 3.2±0.02 pg DNA nucleus-1와 유 사하였다. 그러나 Thiriot-Quievreux (2002)이 보고한 참전 복을 위시한 참굴과 지중해담치 (Mytilus galloprovincialis)에 서의 DNA 함량은 본 연구에서의 결과와는 DNA 함량에 서 다소 차이를 보임은 Hardie and Herbert (2004)가 지적 한 바와 같이 표본 종들의 다양한 서식지 차이에 기인한 것으로 보인다.

    본 연구에서 백합 (Meretrix lusoria)의 DNA 함량은 민무 늬백합 (M. lamarkii)에 비해 같은 속인데도 불구하고 다소 높게 나타나고 있다. 이와 같이 감소된 DNA 함량에 대하 여 Hinegardner and Rosen (1972)은 분화된 종은 일반적인 종보다 감소된 genome을 가진다고 하였으며, 이러한 경향 은 이후의 Cimino (1974)의 연구들에 의해서도 입증된 바 있다. 이러한 관점에서 민무늬백합은 백합에 비하여 특수 화 (specialized) 되었다고 볼 수 있으며 Hardie and Herbert (2004)는 이와 관련하여, 특수화된 종에서는 염색체 수 감 소가 동반되고 아울러 genome 크기 감소와 연관된 발생적 복합성이 증대된다고 하였다.

    본 연구에 사용한 유세포분석법은 간편한 시료 처리와 신속하고 정확한 결과 도출로 인해 DNA 함량 분석에 많 이 이용하는 방법이며, 그 사용 효과의 장래성을 보이고 있다 (Estevam et al. 2011;Park 2019, 2020). 본 연구는 한 국 해산 패류 중 15종에 대하여 핵 DNA 함량을 조사하였 는 바, 도출된 연구 결과는 연구 대상 패류들에 대한 세포 유전학적 연구와 genomic 진화과정을 더욱 잘 이해할 수 있도록 하는 새로운 정보를 제공할 것으로 사료된다 (Gold and Price 1985;Carvalho et al. 2002). 차후, 본 연구 대상인 15종 패류에 대한 미규명 핵형 분석이 이루어져서, 그 결 과를 본 논문 연구 결과와 연계하여 해석할 수 있다면, 관 련 종들의 genomic evolution 과정 해석이 더욱 용이하리 라 사료된다.

    적 요

    본 연구에서는 한국 연안에 서식하는 대표적인 15종 패 류의 핵DNA 함량을 조사하였다. 복족류에서 DNA 함량 (pg DNA nucleus-1)은 3.3±0.08 (Haliotis discus hannai)과 2.4±0.18 (Batillus cornutus)이었다. 이매패류에서 DNA 함 량 (pg DNA nucleus-1)은 2.0±0.15 (Scapharca broughtonii), 3.0±0.12 (Mytilus galloprovincialis), 2.9±0.05 (Meretrix lusoria), 2.2±0.03 (M. lamarkii), 2.6±0.05 (Fulvia mutica), 1.8±0.18 (Tegillarca granosa), 3.3±0.01 (Solen corneus), 2.2±0.04 (Barnea manilensis), 2.5±0.32 (Crassostrea gigas), 3.9±0.24 (Atrina pectinate), 3.5±0.15 (Patinopecten yessoensis), 1.9±0.16 (Amygdala philippinarum) 및 2.3±0.14 (Pseudocardium sachalinensis)이었다. 본 연구 결과는 본 연 구에 사용된 패류의 genomic 진화과정을 더욱 잘 이해하 는 새로운 정보를 제공한다.

    사 사

    건설적인 권고와 세심한 수정 지시로 본 논문의 질적 수 준과 완성도를 높여주신 익명의 심사자들께 깊이 감사드 립니다. 아울러, 본 연구 수행에 도움을 주신 한국해양대학 교 수산유전육종학연구실 연구진에 감사드립니다. 본 연 구는 한국해양과학기술원의 Post-management Project of Tongyeong Marine Ranch (PG 51530) 지원에 의해 수행되 었습니다. 본 연구 수행시 교육부의 연구윤리 확보를 위한 지침 (교육부 훈령 제153호)과 식품의약품 안전처의 실험 동물에 관한 법률 (법률 제15278호) 기준을 준수하였으며, 아울러 한국해양대학교 연구윤리를 준수하였습니다.

    Figure

    KJEB-38-3-343_F1.gif

    The mean DNA content of 15 Korean seawater shellfish species. The mean value of standard control (mud loach, Misgurnus mizolepis) was approximately 2.8 pg nucleus-1 (Park et al. 1999;Park 2020). Each value is the mean value of the experimental determinations (n=50). The error bars represent standard deviations of the experimental determinations (n=50).

    Table

    Shell length, shell height, and DNA content of 15 Korean seawater shellfish species

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