1. 서 론

하천은 문화적, 환경적, 생태적으로 중요한 가치가 있는 자원으로 다양한 생물의 서식공간이며, 에너지 순환에 중요한 기능을 담당하고 있다 (Byeon 2013;Kim et al. 2019). 그러나 산업화가 진행되면서 빠른 인구의 증가와 환경오염, 기후변화, 토지 이용의 고도화 등 하천을 중심으로 무분별한 개발이 이루어지고 있다 (Thomas et al. 2004;Hur et al. 2011). 이러한 자연생태계의 심각한 교란으로 인해 많은 야생 동·식물들이 멸종하거나, 멸종위기에 처해 있으며, 생물다양성이 감소하고 있는 것으로 알려져 있다 (Ceballos et al. 2015;Reid et al. 2019;Park et al. 2022). 또한 이러한 생물다양성의 감소는 개체군 내 유전적 다양성을 감소시키는 요인으로 작용하며, 근친교배와 유전적 부동 현상을 발생시킴으로써 국지적 멸종을 초래할 수 있다 (Keyghobadi 2007;Freeland et al. 2012;Khimoun et al. 2016).

본 연구의 대상 어종인 참갈겨니 (Zacco koreanus)는 잉어과 (Cyprinidae) 피라미속 (genus Zacco)에 속하는 한국 고유종으로 (Kim et al. 2005), 우리나라 대부분 하천에 널리 분포하며, 민감종으로 수환경 평가에 활용되고 있다 (Choi et al. 2006). 광릉숲 봉선사천은 과거 하천 주변 개발로 인해 수질오염이 가속화되었고, 이에 따른 서식처 교란으로 인해 묵납자루 (Acheilognathus signifer), 어름치 (Hemibarbus mylodon), 참갈겨니 (Z. koreanus) 등 일부 종들이 국지적으로 절멸한 것으로 확인되었다 (Choi and Byeon 2009). 이에 생물다양성 증진을 위한 종복원 사업을 통해 인근 주변 하천 (조종천, 수동천)에 서식하고 있는 참갈겨니 개체군 300개체를 포획하여 봉선사천 내에 2008년 재도입하였으며, 재도입 이후 Byeon (2011)과 Wang et al. (2017)의 선행 연구 결과 안정적인 생활사를 유지하는 것으로 확인되어 복원에 성공한 것으로 보고되어 있다.

일반적으로 유전적 다양성은 생물 개체군의 생태적 건강성을 나타내는 하나의 척도로 환경오염 및 변화에 국지적 멸종을 피하고, 적응할 수 있는 능력인 적응 잠재력을 결정하는 중대한 요소이다 (Freeland et al. 2011). 최근 인간의 간섭으로 서식지가 단편화됨으로써 서식지 간 연결성이 단절되고, 이에 따라 개체군 간 유전자 확산이 제한되며, 개체군 적응도 감소, 유전적 부동과 근친교배 현상과 같은 부정적 영향이 증가하고 있어 결국에는 유전적 다양성 감소로 인한 국지적 절멸 가능성이 증가하고 있다 (Avise 2012). 따라서, 재도입된 참갈겨니 개체군이 봉선사천에 완전히 정착한 이후에도 개체군의 유전적 다양성이 낮거나, 다양성 감소로 인해 다시 국지적 절멸이 발생할 가능성이 있다. 이를 감소시키기 위해 봉선사천 참갈겨니 개체군 복원 당시 유전적 다양성 증가를 위해 서로 다른 두 개의 하천에 서식하고 있는 개체군을 도입하였다. 하지만, 현재까지 봉선사천에 재도입된 참갈겨니 개체군에 관한 연구는 생태적인 측면에 관한 연구만 수행되었으며 (Byeon 2011;Wang et al. 2017), 개체군유전학적 연구는 수행되지 않아 실질적으로 복원 이후 참갈겨니 개체군의 유전적 다양성과 유전적 구조 파악을 통한 개체군의 생태적 안정성 평가가 필요한 실정이다.

따라서 본 연구는 봉선사천에 재도입된 참갈겨니 개체군과 원 서식처인 조종천과 수동천 개체군 간 mtDNA COI (mitochondrial DNA cytochrome c oxidase subunit I) 유전자와 핵 DNA microsatellite 6개 유전자 좌위를 이용하여 유전적 다양성을 비교하고, 세 개체군 간 유전적 구조를 파악함으로써 재도입 개체군의 완전한 복원의 유·무를 확인하고자 하며, 더 나아가 새로운 개체군의 재도입 및 종 복원에 필요한 자료 제공하고자 연구를 수행하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 연구 대상 지역 및 시료 채취

연구 대상지는 복원된 참갈겨니 개체군과 원 개체군 간 서식 현황 및 유전적 다양성을 파악하기 위하여 복원 개체군이 서식하는 경기도 남양주시 진접읍 내 봉선사천 (Bongseonsa Stream, BS)과 원 개체군이 서식하는 경기도 가평군 조종면 내 조종천 (Jojong Stream, JJ) 및 경기도 포천시 신북면 내 수동천 (Sudong Stream, SD)을 대상으로 연구를 수행하였다 (Fig. 1). 유전자 분석을 위한 시료는 3개 하천에서 2021년 5월과 7월 2회 채집하였으며, 투망 (망목 7×7 mm)과 족대 (망목 4×4 mm)를 이용하였다. 채집된 참갈겨니 개체들은 재생된다고 알려진 꼬리지느러미 일부를 채취한 뒤 현장에서 모두 방류하였고 (Fu et al. 2013), 채취한 꼬리지느러미는 99% 에탄올에 고정하여 4°C에 보관하였다. 각 하천에서 채집된 개체 중 개체군유전학 연구에 충분조건인 30개체 (Hale et al. 2012)를 무작위 (Random sampling)로 선별하여 총 90개체 (BS: n=30, JJ: n=30, SD: n=30)의 유전자 분석 시료를 확보하였다 (Table 1). 참갈겨니는 IUCN 적색목록 “최소 관심사 (Least Concern, LC)”로 분류되어 있으며, 개체군의 포획 및 연구는 국립수목원의 승인을 받아 수행되었다.

2.2. 유전체 (Genomic) DNA 추출

Genomic DNA 추출을 위해 P&C Animal genomic DNA extraction kit (Biosolution, Korea)를 이용하였다. 꼬리지느러미를 대략 3 mm 크기로 절단한 후 10 μL의 Proteinase K (Biosolution, Korea)와 2 μL의 Rnase A (Biosolution, Korea) 를 첨가한 후 Multitherm-shaker H5000-H-E (Benchmark Scientific Inc., USA)를 이용하여 55°C에서 약 3시간 동안 용해시키고, DNA 추출 프로토콜에 따라 genomic DNA를 추출하였다. 추출된 genomic DNA는 NanoDrop One (Thermo Scientific, USA)을 이용하여 농도와 순도를 측정하였으며, Polymerase Chain Reaction (PCR) 실험 전 까지 -20°C에 냉동 보관한 후 이용하였다.

2.3. 미토콘드리아 (mtDNA) COI 유전자 증폭

분자유전학적 기법을 이용한 계통지리학 및 개체군유전학적 분석을 위해 미토콘드리아 DNA의 COI 유전자를 분자 마커로 사용하였으며, 이전 연구에서 어류를 대상으로 기개발된 DNA barcoding primers를 이용하였다 (Ward et al. 2005). 사용된 primer-pairs의 염기서열은 다음과 같다.

COI - FW (FishF1) (5ʹ-TCAACCAACCACAAAGACATTGGCAC-3ʹ) RV (FishR1) (5ʹ-TAGACTTCTGGGTGGCCAAAGAATCA-3ʹ)

PCR 반응은 sterilized distilled water 9.8 μL, 10× Green buffer (Thermo Scientific Inc., USA) 1.5 μL, forward/reverse primer 0.5 μL, 2.5 mM dNTPs (Bio Basic Inc., Canada) 1.5 μL, Taq Polymerase (Thermo Scientific Inc., USA) 0.2 μL 및 genomic DNA 1 μL (~43 ng μL^-1)를 사용하여 총 15 μL로 2720 thermal cycler (Applied Biosystems, USA)를 이용하여 수행하였다. PCR 증폭 조건은 95°C에서 2분 간 초기 변성 후 94°C에서 30초간 변성, 57°C에서 30초간 결합, 72°C에서 1분간 신장 반응을 35회 반복하였으며, 이후 72°C 10분 동안 최종 신장 반응을 수행하여 증폭을 완료하였다. 증폭된 PCR 산물은 RedSafe Nucleic Acid Staining Solution (iNtRON biotechnology, Korea)이 포함된 2% agarose gel에서 25분 동안 전기영동을 하여 증폭의 여부를 확인하였으며, 확인된 PCR 산물은 Exonuclease I (New England BioLabs, USA) 0.4 μL와 Shrimp Alkaline Phosphatase (rSAP) (New England BioLabs, USA) 1.6 μL, PCR 산물 8 μL를 혼합하여 37°C에서 15분, 85°C에서 15분 동안 정제하였다. 정제된 산물은 마크로젠 (Macrogen, Korea)에 의뢰하였으며, ABI 3730xl automated DNA sequencer (Applied Biosystems)와 forward primer를 이용하여 염기서열 분석을 수행하였다.

2.4. DNA 염기서열 정렬 및 계통지리학 분석

각 시료로부터 확보된 COI 유전자 염기서열은 NCBI (National Center for Biotechnology Information, USA)의 BLAST 프로그램을 이용하여 종 동정을 수행하였다. 참갈겨니로 확인된 염기서열은 Geneious Prime^® 2023.2.1. (Biomatters Ltd, Auckland, New Zealand)를 이용하여 편집 및 정렬하여 단상형 (haplotype)을 결정하였다. 단상형 간 유연관계를 파악하기 위하여 HAPSTAR ver. 0.7 (Teacher and Griffiths 2011) 프로그램을 이용하여 단상형 네트워크 (haplotype network)분석을 수행하였다. 개체군 간 유전적 거리 분석을 위해 MEGA 프로그램을 이용하여 Kimura-2-parameter (K2P) distance를 계산하였다 (Kimura 1980). 또한, 하천별 참갈겨니 개체군의 유전적 다양성을 평가하기 위해 개체군 내 단상형 수 (Number of Haplotypes, NH), 단상형 다양성 (Haplotype Diversity, H) 및 염기서열 다양성 (Nucleotide Diversity, π)은 ARLEQUIN ver. 3.5 (Excoffier and Lischer 2010)를 사용하여 계산하였으며, 유전자 다양성 지수인 단상형 풍부도 (Haplotype Richness, HR) 수치는 CONTRIB ver. 1.02 (Petit et al. 1998)를 이용하여 계산하였다. 개체군 간 분산에 의한 유전자 확산 수준을 파악하기 위한 유전적 분화도 (F_ST) 수치는 ARLEQUIN 을 이용하였고, P값은 Bonferroni 보정을 수행하였다.

2.5. 핵 DNA microsatellite 유전자형 분석

유전자형 분석을 위해 기개발된 6개의 핵 DNA microsatellite 마커를 사용하였다 (ZD366, ZD582, ZD992, ZD1021, AG20, AC20; Huang et al. 2003). PCR 반응은 mtDNA와 동일한 방법으로 수행하였다. Thermocycler 조건은 94°C에서 7분, 94°C에서 30초, 55~60°C에서 45초, 72°C에서 45초를 35회 반복 및 72°C에서 12분 동안 최종 신장 반응을 하였다. 전기영동을 통해 증폭이 확인된 PCR 산물의 fragment size는 GENEMAPPER 소프트웨어 v5.0 (Applied Biosystems, Waltham, MA, USA)을 사용하여 ROX 500 bp 크기 표준 (ABI)으로 결정되었다. 모든 대립유전자는 수동으로 유전자형 분석 (genotyping)하였고, MS Excel의 Microsatellite Toolkit를 사용하여 오류를 확인했다 (Park 2000).

2.6. 개체군 유전학적 분석

2.6.1. 유전적 다양성 분석

재도입 개체군과 원 개체군의 microsatellite 다양성 수준을 조사하기 위해 대립유전자 수 (N_A), 대립유전자 풍부도 (AR), 관찰 (H_O) 및 예상 (H_E) 이형접합성, 근친교배 계수 (F_IS) 및 하디-바인베르크 평형 (Hardy-Weinberg equilibrium, HWE)을 GENEPOP v4.0 (Rousset 2008) 및 F_STAT v2.9.3.2를 사용하여 산출했다 (Goudet 2001).

2.6.2. 유전적 구조 분석

개체군 간 유전적 구조를 파악하기 위해 STRUCTURE v2.3.4 (Evanno et al. 2005) 프로그램을 이용하여 Bayesian clustering 분석을 수행하였고, K=1~3의 범위에서 100,000 “burn-in” 단계와 1,000,000 Markov Chain Monte Carlo (MCMC) 실행 조건으로 설정하여 10회 반복하였다. K 값은 Structure Harvester (https://github.com/dentearl/ structureHarvester/) 웹사이트에서 연속적인 K 값 사이의 데이터 확률 변화율을 기반으로 추정하였다 (Earl and Von Holdt 2012). 개체군 간 유전적 구조의 상관관계를 분석하기 위해 GenAlEx 6.502 (Peakall and Smouse 2006)를 이용하여 microsatellite 마커별 대립유전자 빈도를 기반으로 주성분 분석 (Principal Coordinates analysis, PCoA)을 수행하였다.

2.7. 개체군통계학적 역사 (Demographic history) 분석

참갈겨니 개체군 확장은 ARLEQUIN (Tajima 1989;Fu 1997)에서 불일치 분포와 Tajim’s D 및 Fu’s Fs 중립성 검정을 포함한 두 가지 다른 분석을 사용하여 검정하였다. 이 종의 개체군통계학적 역사는 BEAST ver. 2.4.5 (Bouckaert et al. 2014)의 Bayesian skyline Plot (BSP) 분석을 사용하여 추가로 탐색하였다. MCMC 실행은 300 million 반복으로 수행되었으며, 1,000번 반복마다 샘플링하고, 처음 10%세대는 “burn-in”으로 폐기하고, skyline 모델과 Bayesian skyline tree 확률을 사용했다. 실험은 Tracer ver. 1.659를 사용하여 수행하였고, 모든 매개변수를 분석하여 유효 표본 크기 (Effective Sample Size, ESS)가 충분한지 (ESS> 200) 확인하였다 (Lanfear et al. 2016).

3. 결과 및 고찰

3.1. MtDNA COI 유전자 단상형 (haplotype) 분포도 및 네트워크

단상형 분포도 분석 결과 총 13개의 단상형이 확인되었으며, 이 중 Hap1, 3은 모든 개체군에서 총 40개체 (44.4%)가 공유하는 단상형 (the most common haplotype)으로 나타났다 (Fig. 1). 상대적으로 높은 유전적 다양성을 보인 봉선사천 개체군은 총 9개의 단상형 (Hap1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10, 13)을 갖는 것으로 확인되었으며, 조종천 개체군은 봉선사천 개체군과 모든 단상형 (Hap1, 2, 3, 4, 6)을 공유하고 있는 것으로 나타났다. 수동천은 공유단상형 (Hap1, 3)을 제외하면, 모두 수동천 개체군만이 가지고 있는 고유단상형 (private haplotype: Hap5, 7, 11, 12)으로 확인되었고, 봉선사천 개체군 또한 4개의 고유단상형 (Hap8, 9, 10, 13)을 가지고 있는 것으로 분석되었다. 고유단상형은 특정 서식지 환경에 대한 국지적 적응 (local adaptation)의 산물 로그 지역에서 사라지게 되면 더 이상 볼 수 없는 지역 특이적인 유전자형이다 (Sjöstrand et al. 2014). 수동천에서만 확인된 고유단상형의 경우 새로운 서식 환경에 적응하지 못하고 도태되어 봉선사천 개체군에서 나타나지 않은 것으로 판단된다 (Moodley et al. 2017). 한편, 재도입 개체군임에도 불구하고, 고유단상형이 확인된 봉선사천 개체군은 다음의 두 가지 결과로 추정된다. 첫째, 우리나라의 경우 무분별한 방생으로 인해 새로운 종과 개체들이 하천으로 이입되고 있으며 (Choi et al. 2008;Byeon and Oh 2015), 봉선사천 개체군 또한 다른 하천에 서식하고 있는 개체를 인위적인 방법 (기타 수계에서 포획한 개체를 추가 방류, 탐방객에 의한 무단 방류 등)을 통해 이입하였을 가능성이 있고, 추가로 이입된 개체들이 재도입 개체군과의 산란을 통해 유전된 결과인 것으로 추정된다. 둘째, 봉선사천과 연결된 왕숙천에서 일부 개체가 봉선사천으로 소상하여 재도입 개체군과의 산란을 통해 유전된 결과로 추정된다. Choi and Byeon (2009)의 선행 연구 조사 시 왕숙천 합류 지점에서 참갈겨니의 서식은 확인되지 않았으나, Wang et al. (2017)의 연구에서는 소수의 개체가 서식하고 있는 것으로 조사되었는데, 하천 내 유량 증가, 산란, 먹이원, 서식처 환경 변화 등과 같은 다양한 요인들로 인해 왕숙천 내 참갈겨니 개체군의 서식이 가능하게 되었고, 왕숙천에 있는 일부 개체들이 지류 하천인 봉선사천으로 소상한 결과로 판단된다 (Yang et al. 2001;Kim et al. 2020a).

단상형 네트워크 분석 결과, 13개의 단상형은 1~7개의 염기변이로 서로 연결되어 있음을 확인하였다 (Fig. 2). Hap1은 세 개체군이 모두 가지고 있으며, 총 25개체 (27.8%)로 가장 많이 공유하는 단상형으로 분석되었다. 특히, 세 개체군 모두에서 관찰되는 공유단상형 Hap1, 3은 중심에 위치하며, 이들 중심으로 방사형 구조를 나타내었다. 이는 두 단상형이 가장 오래된 조상 계통이며, 이를 중심으로 다른 단상형 계통들이 비교적 최근에 분화했음을 시사한다 (Slatkin and Hudson 1991).

3.2. 유전적 다양성

MtDNA COI 유전자를 이용하여 복원 개체군 (봉선사천)과 원 개체군 (조종천, 수동천)을 포함한 3개 하천 내 참갈겨니 총 90개체를 대상으로 597 bp의 염기서열을 확보하였으며, 획득된 전체 90개 염기서열은 총 13개의 단상형 (N^H)을 나타냈다 (Table 1). 각 하천별 단상형 풍부도 (HR)는 4.000 (조종천)~8.000 (봉선사천)의 범위로 분석되었다. 전체 개체군의 단상형 다양성 (H)은 0.841로 0.736 (수동천)~0.855 (봉선사천)의 범위, 뉴클레오티드 다양성 (π)은 0.0029로 0.0023 (조종천)~0.0029 (봉선사천)의 범위로 확인되었다. 따라서, 모든 유전적 다양성 항목에서 재도입 개체군은 원 개체군과 비교하여 대체로 유사하거나 높은 수준으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 산천어 재도입 개체군이 두 원 개체군보다 유전적 다양성이 높은 것으로 나타난 White et al. (2023)의 연구와도 일치하는 것으로 확인되었다. 6개의 microsatellite 유전자 좌위를 이용하여 유전적 다양성 분석을 한 결과, 전체 개체군의 대립유전자 수 (NA)는 10.83으로 6.33 (조종천)~8.00 (봉선사천)의 범위, 대립 유전자 풍부도 (AR)는 6.248 (조종천)~7.816 (봉선사천), 고유대립유전자수 (PA)는 2 (조종천)~13 (수동천)의 범위로 확인되었다. 예측 이형접합도 (H_E)는 0.574 (조종천)~ 0.625 (봉선사천), 관측 이형접합도 (H_O)는 0.497 (조종천)~ 0.559 (봉선사천), 근친교배 계수 (F_IS)는 0.106 (봉선사천)~ 0.127 (조종천)의 범위로 분석되었다. 개체군 내 근친교배 계수 (F_IS)는 국내에 서식하는 고유종인 배가사리 (F_IS= 0.079~0.141; Kim et al. 2024)와 유사한 수준이거나, 멸종 위기 야생생물 I급인 감돌고기 (F_IS= -0.019~0.102; Kim et al. 2023)와 여울마자 (F_IS=0.056~0.053; Hong et al. 2023) 보다는 다소 높은 것으로 나타났다. 일반적으로 근친교배는 종의 서식에 부정적인 영향을 미치기 때문에 적은 수의 개체군을 유지하는 종은 근친교배로 인한 지역적 멸종 위험이 가속화될 수 있고 (Frankham 1998), 개체수가 풍부한 개체군에서는 근친교배로 인한 효과가 적은 것으로 알려져 있다 (Weeks et al. 2011). 현재 재도입된 참갈겨니 개체군은 봉선사천 내 우점종으로 (Wang et al. 2017) 풍부한 개체수가 유지되고 있어 근친교배로 인한 영향은 비교적 적을 것으로 예상되나, 근친교배의 영향을 지속적으로 파악하기 위한 모니터링 및 연구가 필요할 것으로 판단된다.

3.3. 유전적 분화도 및 구조

MtDNA에 대한 개체군 간 유전적 분화도 (F_ST) 수치는 0.089 (조종천, 봉선사천)~0.140 (수동천, 봉선사천)의 범위로 분석되었으며, 모든 개체군에서 통계적으로 유의미한 차이를 보였다 (p<0.05; Table 2). 따라서, 모든 단상형을 공유하고 있는 조종천은 봉선사천과 유전적 분화도가 낮으며, 상대적으로 적은 단상형을 공유하고 있는 수동천과 봉선사천의 유전적 분화도는 비교적 높은 것으로 판단된다. Microsatellite의 개체군별 유전적 분화도 (F_ST) 수치는 0.0027 (조종천, 봉선사천)~0.0379 (수동천, 봉선사천)의 범위로 분석되었다. 봉선사천과 조종천 개체군은 매우 낮은 F_ST를 보여 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않는 것으로 확인되었고 (p>0.05), 봉선사천과 수동천 그리고 조종천과 수동천 간에는 통계적으로 유의미한 차이를 갖는 것으로 분석되었다 (p<0.05; Table 2). 따라서, 재도입 개체군은 원 개체군 중 조종천 개체군과 유전적 거리가 가까운 것을 확인할 수 있었고, 이는 조종천이 봉선사천과 지리적으로 인접해 있을 뿐만 아니라, 서식 환경 또한 매우 유사하여 재도입 이후 빠른 서식지 적응과 활발한 유전자 교류가 이루어진 결과로 판단된다 (Kim et al. 2020b;Kim et al. 2024). 한편, 수동천 개체군은 서로 다른 수계에 서식하고 있는 조종천 개체군과 유전적 분화도 (F_ST)가 상대적으로 낮고, 재도입 개체군과는 높은 값을 보여 복원된 개체군과 원 개체군 간 유전적 분화도 (F_ST)가 낮게 나타나는 일반적인 양상 (Jang et al. 2017;Kim et al. 2023)과는 상반된 결과를 보였다 (Table 2). 이는 수동천과 조종천이 서로 다른 개체군 임에도 불구하고 공유단상형인 Hap1, 3을 공유하는 개체수 (수동천 19개체, 조종천 12개체, 봉선사천 9개체)가 재도입 개체군에 비해 풍부할 뿐만 아니라, 수동천과 재도입 개체군은 서로 다른 고유단상형을 가지고 있기 때문에 상대적으로 유전적 거리가 멀게 나타난 것으로 판단된다.

6개의 microsatellite에 기반한 STRUCTURE 분석에서 세 개체군은 두 개의 유전적 구조로 이루어져 있음을 보여주었다 (K=2). 수동천과 조종천 개체군의 유전자형이 봉선사천 개체군에서 균일한 분포를 보여 재도입 개체군의 microsatellite 유전자 풀은 수동천과 조종천 개체군 간 혼합된 양상을 보였고, 상대적으로 수동천 개체군에 비해 조종천 개체군과 유전자 풀이 유사한 것으로 나타났다 (Fig. 3A). PCoA 분석 결과에서도 세 개체군은 유전적으로 구분되지 않는 양상을 보였다 (Fig. 3B). 이는 재도입 개체군이 원 개체군과 유사한 유전자 풀을 공유하고 있음을 시사한다 (Kim et al. 2025). 이러한 결과는 재도입 과정에서 서로 다른 두 원 개체군의 유전자 풀이 효과적으로 혼합되어 봉선사천 개체군에 안정적으로 전달되었음을 의미하며, 이는 유전적 다양성 확보 및 원활한 정착을 도모하고자 한 재도입 전략의 목적에 부합한 결과로 판단된다.

3.4. 개체군통계학적 역사 (Demographic history)

봉선사천과 수동천의 경우, Tajima’s D와 Fu’s Fs 모두 음의 경향성을 보였으며 (Tajima’s D= -0.702 (BS)~ -0.881 (SD); Fu’s Fs= -0.218 (SD)~ -2.697 (BS)), 조종천은 Tajima’s D와 Fu’s Fs 모두 양의 경향성을 보였다 (Tajima’s D=0.922; Fu’s Fs=0.215) (Table 3). Tajima’s D와 Fu’s Fs가 음의 경향성을 보이는 것은 일반적으로 급격한 개체군 확장이 발생했음을 시사한다 (Tajima 1989;Fu 1997). 봉선사천 개체군은 국지적 절멸 이후 서로 다른 두 개의 하천에서 소수의 개체를 재도입하였고, 현재는 개체군의 크기가 급격하게 증가한 상태이며 (Byeon 2011;Wang et al. 2017), Tajima (1989)와 Fu (1997)의 결과와 일치하는 것으로 확인되었다. 각 하천별 유효개체군의 크기 (N_e)를 확인한 결과 최소 28.1 (봉선사천)~103.7 (수동천)의 범위로 나타났으며, 상대적으로 재도입 개체군의 유효개체군 크기가 가장 작은 것으로 분석되었다 (Table 1). 일반적으로 근친교배로 인한 영향을 피하기 위해서는 유효개체군의 크기 (N_e)가 100 이상을 유지하도록 제안하고 있는데 (Frankham et al. 2010), 봉선사천 재도입 개체군은 28.1이라는 낮은 유효개체군의 크기 (N_e)를 보였다. 일반적으로 유효개체군의 크기가 작을수록 근친교배의 확률이 증가하고 (Franklin 1980;Franklin and Frankham 1998), 대립유전자의 풍부도와 이 형접합성의 소실이 빠르게 일어나 개체군 서식 및 생존에 부정적인 요인으로 작용하지만 (Hauser et al. 2002;Huvier et al. 2023), 풍부한 개체수를 유지하는 개체군에서는 이러한 효과가 비교적 크지 않은 것으로 알려져 있다 (Weeks et al. 2011). Wang et al. (2017)의 선행 연구 결과 재도입 개체군은 봉선사천 내 우점종 (168개체 31.70%)으로 풍부한 개체수를 유지하고 있어 낮은 유효개체군 크기임에도 불구하고 비교적 근친교배로 인한 영향은 크지 않을 것으로 예상된다. 다만, 서식처 교란 및 기타 자연현상 (자연재해, 경쟁종의 개체수 증가 등)의 강도가 높아지면 개체군 크기가 감소할 수 있고, 이는 결과적으로 근친교배의 영향을 증가시킬 가능성이 있다 (Frankham and Kingsolver 2004;Frankham 2005). 따라서, 재도입 개체군의 크기를 감소시키는 요인을 사전에 차단하고, 현재의 개체군 크기를 유지할 수 있도록 지속적인 서식처 보전 및 관리가 필요할 것으로 생각된다. 또한 주기적인 개체군 모니터링을 포함하여, 근친교배 영향을 감소시키기 위한 유전적 다양성 보전 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

적 요

본 연구는 참갈겨니 (Z. koreanus) 재도입 개체군 (봉선사천)과 원 개체군 (조종천, 수동천)의 유전적 다양성 및 유전적 구조를 비교·분석하여 재도입 개체군의 완전한 복원의 유·무를 확인하였다. 봉선사천 개체군은 다양한 단상형을 확보하고 원 개체군과 유전적 풀이 혼합된 양상을 보여, 재도입 전략이 효과적으로 작용했음을 확인할 수 있었다. 단상형 분포와 유전적 다양성 지표 분석 결과, 재도입 개체군은 원 개체군과 주요 단상형을 공유하면서도 일부 고유단상형을 보유하고 있는 것으로 확인되었다. 유전적 분화도 (F_ST) 수치에서 두 원 개체군 중 지리적으로 인접하고, 서식 환경이 매우 유사한 조종천 개체군이 재도입 이후 봉선사천 내에서 빠른 서식처 적응과 활발한 유전자 확산 (gene flow)이 이루어졌음을 시사하였다. STRUCTURE 분석 결과 (K=2), 봉선사천 개체군은 조종천과 수동천 두 개체군의 유전자 풀이 혼합된 양상을 보였으며, 특히 조종천 개체군과 더 높은 유사성을 나타내었다. PCoA 분석 역시 세 개체군 간 명확한 유전적 구분을 보이지 않아, 재도입 개체군이 원 개체군과 유전자 풀을 효과적으로 공유하고 있음을 확인할 수 있었다. 다만, 상대적으로 재도입 개체군의 유효 개체군 크기가 작은 것으로 확인되어 장기적으로 근친교배 및 유전적 부동에 따른 유전적 다양성 소실의 위험성이 존재함을 보여주었다. 이는 초기 정착이 성공적이더라도 지속적인 개체군 증가와 유전적 변이가 확보되지 않으면 장기적인 안정성이 보장되기 어렵다는 점을 보여준다. 따라서 재도입 개체군은 성공적인 정착과 높은 다양성을 보였으나, 장기적인 근친교배로 인한 유전적 취약성을 극복하기 위해 지속적인 모니터링과 유전적 다양성 보전 및 확보 관리가 요구된다. 본 연구는 재도입 개체군의 장기적인 건강성을 유지하기 위한 관리 전략의 필요성을 강조하며, 향후 어류 복원 및 재도입 시 유전적 특성을 고려한 개체군 관리 전략 수립에 필요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.