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문제 정의
- 따라서 본 연구는 Microsatellite를 이용하여 국내 한우집단과 보증종모우 집단 간의 유전적 거리추정 및 계통지도의 작성을 통해 보증종모우 집단과 한우집단의 유전적 특성과 유연관계를 분석하고 순수성 보존과 능력의 개량하는데 있어 기초 자료로 활용하고자 실시하였다.
제안 방법
- 본 연구는 소의 염색체 상에 존재하는 10개의 microsatellite marker의 유전자형을 분석하여 활용하였다. Microsatellite marker의 유전자형을 결정하기 위하여 multiplex PCR을 수행 하였다.
- 본 연구는 소의 염색체 상에 존재하는 10개의 microsatellite marker의 유전자형을 분석하여 활용하였다. Microsatellite marker의 유전자형을 결정하기 위하여 multiplex PCR을 수행 하였다. GeneAmp 9700 (Applied Biosystems)에서 각 반응액의 총량을 15 μl PCR reaction으로 하고 약 10～100 ng/μl template DNA, 20 ng each primer, 1.
- PCR을 수행한 후 증폭산물들을 2%의 agarose gel에 전기영동하고 그 결과에 따라 희석배율을 정하고 희석배율에 따라 Formamide를 이용하여 희석하고, 다시 Formamide와 GenescanTM -500 ROXTM standard를 잘 혼합하여 ABI 3130XL DNA sequencer (Applied Biosystems)를 사용하였다. Foundation Data Collection (version 3.
- MS marker별 유전자형 data를 Tow-column diploid format의 file로 변환시킨 뒤 MS Tool Kit S/W [17]를 이용하여 각 좌위별 관측 이형질성(Observed heterozygosity), 대립유전자의 빈도 및 품종별 대립유전자의 빈도를 산출하였다. 품종별 유전적 다양성을 알아보기 위해 Hardy_Weinberg 법칙을 이용한 MS marker에 따른 기대이형질성(expected heterozygosity) 및 유전자 좌위의 다형성 정보량(polymorphism information content: PIC)[5]을 계산하였다.
- 6개 지역의 한우 586두(경기: 100, 전남: 100, 전북: 100, 경남: 100, 경북:86, 강원: 100)와 보증종모우집단 39두를 대상으로 10개의 microsatellite(MS) marker들을 이용해 대립유전자 및 유전자형을 분석하였다. Table 1은 각 MS marker의 유전자형을 분석하여 집단별 기대이형접합도와 관측된 이형 접합도를 제시하였다.
- 7개의 집단 간의 유전적 유연관계를 알아보기 위해 각 MS marker별 대립유전자의 빈도를 산출하여 이를 근거로 집단 간의 보정을 통한[15] 방법을 이용하는 DISPAN program을 활용하여 유전적 거리에 대한 추정하여 Table 4에 제시하였다. 분석된 결과에 따르면 강원도 집단의 한우와 경기, 경북의 유전적 거리가 각 0.
- 0을 이용하여 개체별 분지도 작성을 위한 tree file을 작성하였다. 작성된 tree file은 TreeView 프로그램을 이용하여 개체별 Neighbor-Joining phylogenetic dendrogram을 작성하여 Fig. 2에 제시하였다. 분석된 결과에 따르면 같은 지역 내의 몇몇 개체들이 그룹을 이루어 존재하기는 하지만 일반적으로 넓게 분포되어 있어 각 지역별로 그룹을 이루어 존재하고 있다고 보기엔 어려움이 있음을 확인 하였다.
- 본 연구는 10개의 Microsatellite를 이용하여 국내 한우집단 586두(경기: 100, 전남: 100, 전북: 100, 경남: 100, 경북:86, 강원: 100)와 보증종모우 집단(39두)간의 유전적 거리추정 및 계통지도의 작성을 통해 보증종모우 집단과 지역별 한우집단의 유전적 특성과 유연관계 분석을 실시하였다. 10개의 MS marker의 분석 결과 기대이형접합도의 경우 경남지역에서 가장 높은 0.
- GeneAmp 9700 (Applied Biosystems)에서 각 반응액의 총량을 15 μl PCR reaction으로 하고 약 10～100 ng/μl template DNA, 20 ng each primer, 1.25 mM each of dNTP, 0.5 U, of Taq DNA polymerases (AmpliTaq Gold with GeneAmp)과 3 μl 10X PCR buffer mM (100 mM Tris-HCl, pH 8.3, 500 mM KCl, 0.01% gelatin, 0.25% nonidet P40 and 20 mM MgCl2)을 이용하여 95℃에서 10분간 첫 반응을 시작 하여, 94℃에서 45초, 각 microsatellites marker의 조건 따라 55～61℃에서 45초, 72℃에서 1분으로 31회 반복반응을 실시하고 신장 반응은 72℃에서 60분간 실시하고 마지막으로 25℃에서 2시간 실시하여 종료하였다.
대상 데이터
- 공시재료로는 한우 지역별 586두(경기: 100, 전남: 100, 전북: 100, 경남: 100, 경북:86, 강원: 100), 종모우집단 39두의 조직 및 정액에서 genomic DNA를 분리하여 본 실험에 공시재료로 이용하였다.
데이터처리
- 집단간 유연관계 분석을 위한 Da genetic distances의 추정은[15] 등 (1983)의 방법을 사용하는 집단유전학 분석프로그램인 DISPAN [16] package를 이용하여 계산하였으며, DISPAN을 이용하여 UPGMA (unweighted pair-group method with arithmetic average) [19,22] 방법을 통해 집단간의 유전적 거리를 근거로 한 phylogenetic tree를 작성하였다. 전체집단의 개체별 유전적거리의 추정치를 근거로 하여 모든 개체간의 Neighbor-Joining phylogenetic dendrogram 를 작성은 simple allele-sharing 측정 수준을 통하여 개체별 대립유전자의 빈도를 근거로 집단유전학적 분석 프로그램인 Phylip v.3.65를 이용하였다.
- 분석된 집단 간의 유전적 구조에 따라 각 개체들이 어떻게 분포되어 있는가를 확인하기 위하여 simple allele-sharing 측정 수준을 통하여 개체별 대립유전자의 빈도를 근거로 각 개체들 간의 유전적 거리에 대한 추정값을 계산하였으며 이를 바탕으로 유전분석 프로그램 중 하나인 Phylip v.3.0을 이용하여 개체별 분지도 작성을 위한 tree file을 작성하였다. 작성된 tree file은 TreeView 프로그램을 이용하여 개체별 Neighbor-Joining phylogenetic dendrogram을 작성하여 Fig.
이론/모형
- PCR을 수행한 후 증폭산물들을 2%의 agarose gel에 전기영동하고 그 결과에 따라 희석배율을 정하고 희석배율에 따라 Formamide를 이용하여 희석하고, 다시 Formamide와 GenescanTM -500 ROXTM standard를 잘 혼합하여 ABI 3130XL DNA sequencer (Applied Biosystems)를 사용하였다. Foundation Data Collection (version 3.0)을 사용하여 Plate manage 및 Run schedule을 정하고 PCR 단편들의 크기를 3차원 최소자승법(Third order least squares method)으로 분석하였고, Genemapper (version 3.7)을 이용하여 microsatellites loci별 대립유전자들의 정확한 크기를 결정하였다.
- MS marker별 유전자형 data를 Tow-column diploid format의 file로 변환시킨 뒤 MS Tool Kit S/W [17]를 이용하여 각 좌위별 관측 이형질성(Observed heterozygosity), 대립유전자의 빈도 및 품종별 대립유전자의 빈도를 산출하였다. 품종별 유전적 다양성을 알아보기 위해 Hardy_Weinberg 법칙을 이용한 MS marker에 따른 기대이형질성(expected heterozygosity) 및 유전자 좌위의 다형성 정보량(polymorphism information content: PIC)[5]을 계산하였다.
- 집단간 유연관계 분석을 위한 Da genetic distances의 추정은[15] 등 (1983)의 방법을 사용하는 집단유전학 분석프로그램인 DISPAN [16] package를 이용하여 계산하였으며, DISPAN을 이용하여 UPGMA (unweighted pair-group method with arithmetic average) [19,22] 방법을 통해 집단간의 유전적 거리를 근거로 한 phylogenetic tree를 작성하였다. 전체집단의 개체별 유전적거리의 추정치를 근거로 하여 모든 개체간의 Neighbor-Joining phylogenetic dendrogram 를 작성은 simple allele-sharing 측정 수준을 통하여 개체별 대립유전자의 빈도를 근거로 집단유전학적 분석 프로그램인 Phylip v.
- 종모우 집단의 경우 각 지역별 집단 간의 유전적 거리에 비해 상당히 큰 차이의 유전적 거리를 나타내고 있는데 이는 각 지역별 암소집단에 소수의 종모우를 이용해 계획 교배를 실시하고 있어 나타난 것으로 사료된다. 이렇게 분석된 genetic matrix(Table 4)를 근거로 하여 NJ (Neighbor-Joining)[15,22]의 clustering 방법을 이용하여 Fig. 1에 집단 간의 분지도를 작성하여 제시하였다.
성능/효과
- Table 1은 각 MS marker의 유전자형을 분석하여 집단별 기대이형접합도와 관측된 이형 접합도를 제시하였다. 분석된 결과 기대이형접합도에서 강원지역(KW)의 TGLA53에서 0.901로 가장 높게 검출된 반면 TGLA125에서는 가장 낮은 0.632로 검출되었다. 관측된 이형 접합도에서는 TGLA227의 종모우집단에서 가장 높은 0.
- 632로 검출되었다. 관측된 이형 접합도에서는 TGLA227의 종모우집단에서 가장 높은 0.923으로 나타났으며 가장 낮은 값은 TGLG125의 경남지역(KN)과 TGLA53의 전북지역(JP)에서 모두 0.580으로 검출되었다. TGLA227의 경우 6개의 집단(경기, 전남, 전북, 경북, 강원, 종모우) 내에서 각각 가장 높은 관측된 이형접합도를 나타내고 있음을 확인 하였다.
- 580으로 검출되었다. TGLA227의 경우 6개의 집단(경기, 전남, 전북, 경북, 강원, 종모우) 내에서 각각 가장 높은 관측된 이형접합도를 나타내고 있음을 확인 하였다. Table 2에서는 다형성정보량 (Polymorphism Information Content: PIC)의 분석 결과를 제시하였다.
- Table 2에서는 다형성정보량 (Polymorphism Information Content: PIC)의 분석 결과를 제시하였다. 분석된 결과 강원지역(KW)의 TGLA53에서 0.888로 가장 높게 검출된 반면 TGLA125에서는 가장 낮은 0.589로 검출되었으며 이는 관측된 이형접합도와 일치하는 모습을 확인할 수 있었다. TGLA53의 경우는 4개의 집단(전남, 경남, 경북, 강원)에서 각각 가장 높은 다형성정보량을 지니고 있는 것으로 나타났으며 TGLA125의 경우는 4개의 집단(전남, 경북, 강원, 종모우)에서 각각 가장 낮은 다형성정보량을 나타낸 것을 확인하였다.
- 589로 검출되었으며 이는 관측된 이형접합도와 일치하는 모습을 확인할 수 있었다. TGLA53의 경우는 4개의 집단(전남, 경남, 경북, 강원)에서 각각 가장 높은 다형성정보량을 지니고 있는 것으로 나타났으며 TGLA125의 경우는 4개의 집단(전남, 경북, 강원, 종모우)에서 각각 가장 낮은 다형성정보량을 나타낸 것을 확인하였다. 종모우 집단에서 TGLA227의 경우 관측된 이형접합도가 0.
- TGLA53의 경우는 4개의 집단(전남, 경남, 경북, 강원)에서 각각 가장 높은 다형성정보량을 지니고 있는 것으로 나타났으며 TGLA125의 경우는 4개의 집단(전남, 경북, 강원, 종모우)에서 각각 가장 낮은 다형성정보량을 나타낸 것을 확인하였다. 종모우 집단에서 TGLA227의 경우 관측된 이형접합도가 0.923으로 전체 집단에서 가장 높게 나타난 반면 다형성정보량의 값이 0.783으로 상대적으로 낮게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 또한 종모우 집단에서 전반적으로 이형접합도에 비해 다형성정보량이 상대적으로 낮게 나타났음을 확인할 수 있었다.
- 783으로 상대적으로 낮게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 또한 종모우 집단에서 전반적으로 이형접합도에 비해 다형성정보량이 상대적으로 낮게 나타났음을 확인할 수 있었다. 이는 집단 내에 특정한 이형접합 유전자형이 높은 빈도로 분포하고 있으며 이로 인해 기인된 것으로 추정할 수 있다.
- 760을 나타내었다. 관측된 이형접합도의 경우 종모우 집단에서 가장 높은 0.818을 나타내었으며 경북지역에서 가장 낮은 0.721을 나타내었다. 기대이형접합도는 유전적 평형상태에 있는 집단이라고 가정하였을 때 기대되어지는 이형접합도를 나타내는 것으로 본 연구의 지역별 한우집단들의 관측이형접합도가 기대이형접합도보다 작게 나타나고 있는 것은 한정된 종모우를 이용하여 계획 교배가 이루어지고 있는 국내의 현실을 반영한 것으로 추정되어진다.
- 9)이 가장 낮은 것으로 확인되었다. 종모우 집단은 가장 높은 관측이형접합도를 나타냈음에도 불구하고 가장 낮은 대립유전자의 수를 나타내고 있음을 확인하였다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 특정 이형 접합 유전자형의 빈도가 상당히 높게 분포하고 있음을 다시 한번 확인 할 수 있었다.
- 9)이 가장 낮은 것으로 확인되었다. 종모우 집단은 가장 높은 관측이형접합도를 나타냈음에도 불구하고 가장 낮은 대립유전자의 수를 나타내고 있음을 확인하였다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 특정 이형 접합 유전자형의 빈도가 상당히 높게 분포하고 있음을 다시 한번 확인 할 수 있었다.
- 7개의 집단 간의 유전적 유연관계를 알아보기 위해 각 MS marker별 대립유전자의 빈도를 산출하여 이를 근거로 집단 간의 보정을 통한[15] 방법을 이용하는 DISPAN program을 활용하여 유전적 거리에 대한 추정하여 Table 4에 제시하였다. 분석된 결과에 따르면 강원도 집단의 한우와 경기, 경북의 유전적 거리가 각 0.021로 가장 가까운 것으로 확인 되었으며 경기와 경북간의 유전적 거리는 0.032인 것으로 가장 먼 것으로 확인 되었다. 또한 경북은 전남과도 0.
- 기대이형접합도는 유전적 평형상태에 있는 집단이라고 가정하였을 때 기대되어지는 이형접합도를 나타내는 것으로 본 연구의 지역별 한우집단들의 관측이형접합도가 기대이형접합도보다 작게 나타나고 있는 것은 한정된 종모우를 이용하여 계획 교배가 이루어지고 있는 국내의 현실을 반영한 것으로 추정되어진다. 검출된 대립유전자의 수에서는 경남지역(11.1)이 가장 높았고, 종모우 집단(7.9)이 가장 낮은 것으로 확인되었다. 종모우 집단은 가장 높은 관측이형접합도를 나타냈음에도 불구하고 가장 낮은 대립유전자의 수를 나타내고 있음을 확인하였다.
- 기대이형접합도는 유전적 평형상태에 있는 집단이라고 가정하였을 때 기대되어지는 이형접합도를 나타내는 것으로 본 연구의 지역별 한우집단들의 관측이형접합도가 기대이형접합도보다 작게 나타나고 있는 것은 한정된 종모우를 이용하여 계획 교배가 이루어지고 있는 국내의 현실을 반영한 것으로 추정되어진다. 검출된 대립유전자의 수에서는 경남지역(11.1)이 가장 높았고, 종모우 집단(7.9)이 가장 낮은 것으로 확인되었다. 종모우 집단은 가장 높은 관측이형접합도를 나타냈음에도 불구하고 가장 낮은 대립유전자의 수를 나타내고 있음을 확인하였다.
- 2에 제시하였다. 분석된 결과에 따르면 같은 지역 내의 몇몇 개체들이 그룹을 이루어 존재하기는 하지만 일반적으로 넓게 분포되어 있어 각 지역별로 그룹을 이루어 존재하고 있다고 보기엔 어려움이 있음을 확인 하였다. 반면 종모우 집단의 경우 크게 두개의 그룹을 이루어 분지도 내에 분포하고 있음을 확인 할 수 있었다.
- 본 연구는 10개의 Microsatellite를 이용하여 국내 한우집단 586두(경기: 100, 전남: 100, 전북: 100, 경남: 100, 경북:86, 강원: 100)와 보증종모우 집단(39두)간의 유전적 거리추정 및 계통지도의 작성을 통해 보증종모우 집단과 지역별 한우집단의 유전적 특성과 유연관계 분석을 실시하였다. 10개의 MS marker의 분석 결과 기대이형접합도의 경우 경남지역에서 가장 높은 0.780을 나타내었으며 종모우 집단에서 가장 낮은 0.760을 나타내었다. 관측된 이형접합도의 경우 종모우 집단에서 가장 높은 0.
- 반면 종모우 집단의 경우 크게 두개의 그룹을 이루어 분지도 내에 분포하고 있음을 확인 할 수 있었다. 따라서 종모우의 유전적 배경이 상당히 좁게 나타나고 있음을 확인 할 수 있었으며 이러한 결과로 인해 국내의 유전자원의 다양성이 작아질 수도 있을 것으로 추정이 된다. 따라서 국내 유전자원의 다양성 보존을 위해 종모우의 선발 및 사업 추진에 있어 대책을 마련하기 위한 고찰이 진행되어질 필요가 있는 것으로 사료된다.
- 종모우 집단은 가장 높은 관측이형접합 도를 나타냈음에도 불구하고 가장 낮은 대립유전자의 수를 나타내고 있음을 확인하였다. 7개의 집단 간의 유전적 유연관계 분석한 결과 강원도 집단의 한우와 경기, 경북의 유전적 거리가 각 0.021로 가장 가까운 것으로 확인 되었으며 경기와 경북 간의 유전적 거리는 0.032인 것으로 가장 먼 것으로 확인 되었다. 또한 경북은 전남과도 0.
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