Microsatellite Marker를 사용한 재래 닭 품종 유전적 특성 및 개체 식별력 분석 Estimation of Genetic Characteristic and Cumulative Power of Discrimination using the Microsatellite Markers in Korean Native Chicken원문보기
본 연구는 10종의 MS(microsatellite) Marker를 이용하여 한국 재래닭 품종 내 외모 특성에 의해 구분되는 3계통(적갈색: 60수, 황갈색: 46수, 흑색: 40수)과 오골계 집단(49수), 총 4계통(총 195수)에 대한 유전 특성을 분석하고, 이를 활용하여 동일성 검정을 실시할 경우 개체 식별에 대한 신뢰도를 검정하기 위해 실시하였다. 집단 간의 유전적 유연관계를 알아보기 위해 각 MS marker별 대립 유전자의 빈도를 산출하여 이를 근거로 집단간의 보정을 통한 방법을 이용하는 DISPAN program을 활용하여 유전적 거리에 대한 추정 결과 R(적갈색 계통)과 L(흑색 계통)간의 유전적 거리는 0.05로 가장 가까운 것으로 나타났으며, R과 Y(황갈색 계통, 0.073), Y과 L(0.083) 역시 가까운 유전적 거리를 나타내고 있음을 확인하였다. 반면, 재래닭 집단과 오골계 집단(S) 간의 유전적 거리는 0.149(R과 S), 0.144(Y과 S) 그리고 0.158(L과 S)으로 비교적 먼 것으로 나타나 재래닭 집단과 오골계 집단 간의 유전적 차별성을 확인할 수 있었다. 10종의 MS marker를 대상으로 누적 개체 식별력을 계산한 결과 99.999%로 확인되었고 $0.255{\times}10^{-7}$의 짝확률 값이 추정되었다.
본 연구는 10종의 MS(microsatellite) Marker를 이용하여 한국 재래닭 품종 내 외모 특성에 의해 구분되는 3계통(적갈색: 60수, 황갈색: 46수, 흑색: 40수)과 오골계 집단(49수), 총 4계통(총 195수)에 대한 유전 특성을 분석하고, 이를 활용하여 동일성 검정을 실시할 경우 개체 식별에 대한 신뢰도를 검정하기 위해 실시하였다. 집단 간의 유전적 유연관계를 알아보기 위해 각 MS marker별 대립 유전자의 빈도를 산출하여 이를 근거로 집단간의 보정을 통한 방법을 이용하는 DISPAN program을 활용하여 유전적 거리에 대한 추정 결과 R(적갈색 계통)과 L(흑색 계통)간의 유전적 거리는 0.05로 가장 가까운 것으로 나타났으며, R과 Y(황갈색 계통, 0.073), Y과 L(0.083) 역시 가까운 유전적 거리를 나타내고 있음을 확인하였다. 반면, 재래닭 집단과 오골계 집단(S) 간의 유전적 거리는 0.149(R과 S), 0.144(Y과 S) 그리고 0.158(L과 S)으로 비교적 먼 것으로 나타나 재래닭 집단과 오골계 집단 간의 유전적 차별성을 확인할 수 있었다. 10종의 MS marker를 대상으로 누적 개체 식별력을 계산한 결과 99.999%로 확인되었고 $0.255{\times}10^{-7}$의 짝확률 값이 추정되었다.
To estimate the genetic characteristics and cumulative power of discrimination (CPD) Korean Native Chicken. We used a total of 195 genomic DNAs from four breeds population (Korean Native Red chicken: R, Korean Native Yellow chicken: Y, Korean Native Black chicken: L, Ogal chicken: S). Frequencies of...
To estimate the genetic characteristics and cumulative power of discrimination (CPD) Korean Native Chicken. We used a total of 195 genomic DNAs from four breeds population (Korean Native Red chicken: R, Korean Native Yellow chicken: Y, Korean Native Black chicken: L, Ogal chicken: S). Frequencies of microsatellites markers were used to estimate heterozygosities and genetic distances. The lowest distance (0.05) was observed between the R and L strains and the highest distance (0.158) between the L and S strains. Korean native chicken strains (R, Y, K) have each other comparatively near genetic distance. Cumulative power of discriminate (CPD) was 99.999% by including the 10 microsatellites loci individual identification system. And then matching probability in that two different individuals incidentally have same genotype was estimated to $0.36{\times}10^{-7}$. The system employing the 10 markers therefore provided to be applicable to individual identification in Korea native chicken.
To estimate the genetic characteristics and cumulative power of discrimination (CPD) Korean Native Chicken. We used a total of 195 genomic DNAs from four breeds population (Korean Native Red chicken: R, Korean Native Yellow chicken: Y, Korean Native Black chicken: L, Ogal chicken: S). Frequencies of microsatellites markers were used to estimate heterozygosities and genetic distances. The lowest distance (0.05) was observed between the R and L strains and the highest distance (0.158) between the L and S strains. Korean native chicken strains (R, Y, K) have each other comparatively near genetic distance. Cumulative power of discriminate (CPD) was 99.999% by including the 10 microsatellites loci individual identification system. And then matching probability in that two different individuals incidentally have same genotype was estimated to $0.36{\times}10^{-7}$. The system employing the 10 markers therefore provided to be applicable to individual identification in Korea native chicken.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
2009) 있으나, 재래닭의 경우 다소 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 국내 재래닭 집단에서 동일성 검사를 시행하였을 경우 일련의 출현 유전자형 빈도를 통해 개체 식별력(Power of discrimination: PD)과 누적 개체 식별력(Cumulative power of discrimination: CPD)를 산출하여 유전자 표지에 따른 오류 확률을 통계적으로 해석하여 보다 효율적인 개체 식별 체계 검증을 위한 유전자 감식 시스템의 적용 모델 설정에 활용하고자 실시하였다.
본 연구는 10종의 MS(microsatellite) Marker를 이용하여 한국 재래닭 품종 내 외모 특성에 의해 구분되는 3계통(적갈색: 60수, 황갈색: 46수, 흑색: 40수)과 오골계 집단(49수), 총 4계통(총 195수)에 대한 유전 특성을 분석하고, 이를 활용하여 동일성 검정을 실시할 경우 개체 식별에 대한 신뢰도를 검정하기 위해 실시하였다.
제안 방법
10종의 MS marker를 대상으로 개별 유전 표지의 개체 식별력 및 누적 개체 식별력을 제시하였다(Table 6). 이러한 개체 식별력의 추정 통계량은 혈연관계가 없는 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타내지 않을 확률을 계산한 것이며, 이는 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타낼 확률 추정치를 누적하여 비교하였다.
Genotyper Software에 의해 결정되어진 microsatellite marker별 대립 유전자들은 Microsatellite toolkit software(Park, 2000, in personnel)를 이용하여 분석 집단별 및 개체별로 정리한 후 관측 이형 접합도(observed heterozygosity), 대립 유전자 빈도(allele frequency), 각 locus별 대립 유전자의 수 및 품종 집단별 대립 유전자 수를 산출하였다. 분석된 MS 좌위별 각각의 집단에 대한 다형성 정보량(Polymorphic Information Content; PIC)는 Nei(1972, 1978)의 방법을 통해 산출하였다.
PCR 산물은 적정량의 deionized water로 희석하고 DNA :formamide : size standard(Genescan-400 HD)를 1μL : 10μL :0.5μL 비율로 혼합하여 95 ℃ 이상에서 10분간 denaturation 시키고, ABI 3130 Genetic Analyzer(Appiled Biosystems, USA) 로 분석하였다.
PCR(Polymerase Chain Reaction) 반응액 조성은 10 ng의 template DNA, 3 pmol fluorescent dye labeling primer pairs, 2.5 mM dNTPs, PCR reaction buffer (10 mM Tris-HCl, pH 8.3, 50 mM KCl, 1.5 mM MgCl2), 0.5 U Taq DNA polymerase(TaKaRa Shuzo Co., Shiga, Japan) 및 ddH2O를 첨가하여 PCR 반응액을 총 10μL로 조정한 후 94 ℃에서 pre-denaturation 5분, 94 ℃ 에서 denaturation 30초, 각 marker별로 적정한 annealing 온도에서 annealing 40초, 그리고 72 ℃에서 extention 1분으로 총 35 cycles 실행 후 final extention을 72 ℃ 10분 동안 수행하여 증폭된 PCR-products는 증폭된 단편의 크기가 예상된 allele size 범위 내에 존재하는지, PCR 조건의 적정성 여부를 확인하기 위하여 EtBr(ethidium bromide)이 포함된 2% agarose gel 에 전기영동하고 UV상에서 관찰하였다.
10종의 MS marker를 대상으로 개별 유전 표지의 개체 식별력 및 누적 개체 식별력을 제시하였다(Table 6). 이러한 개체 식별력의 추정 통계량은 혈연관계가 없는 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타내지 않을 확률을 계산한 것이며, 이는 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타낼 확률 추정치를 누적하여 비교하였다. 8종의 MS marker를 사용할 경우 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타낼 확률 추정치는 0.
전기영동시 Performance Optimized Polymer 7(POP7)(Appiled Biosystems, USA) 와 10× Buffer(with EDTA)를 1×로 희석하여 사용하였고, run time은 22분으로 하였다.
대상 데이터
5μL 비율로 혼합하여 95 ℃ 이상에서 10분간 denaturation 시키고, ABI 3130 Genetic Analyzer(Appiled Biosystems, USA) 로 분석하였다. Genemapper version 4.0(Perkin-Elmer Co., USA)을 이용하여 분석된 자료를 모아 수집하였다. 전기영동시 Performance Optimized Polymer 7(POP7)(Appiled Biosystems, USA) 와 10× Buffer(with EDTA)를 1×로 희석하여 사용하였고, run time은 22분으로 하였다.
본 연구를 위해 농촌진흥청 축산과학원에서 순수 혈통이 유지되어온 재래닭 3계통(적갈색, 황갈색 그리고 흑색) 및 오골계 집단, 총 4개의 집단(총 195수)을 공시 재료로 이용하였고(Table 1), 집단 간의 유전적 다양성 분석 및 개체 식별력 계산을 위해 10종의 Microsatellite marker를 활용하였다(Table 2).
255×10-7의 짝확률 값이 추정되었다. 본 연구에서 대상 축군으로 활용한 한국재래닭 집단과 오골계 집단은 축산과학원에서 몇안되는 순수재래계를 전국적으로 수집하여 순수한 복원을 위하여 조성한 집단으로서 그 유전적 다양성이 비교적 낮은 상태이다. 다른 재래가축을 대상으로 한 유전적 다양성을 연구한 보고에 의하면 (Chen et al.
이론/모형
Genotyper Software에 의해 결정되어진 microsatellite marker별 대립 유전자들은 Microsatellite toolkit software(Park, 2000, in personnel)를 이용하여 분석 집단별 및 개체별로 정리한 후 관측 이형 접합도(observed heterozygosity), 대립 유전자 빈도(allele frequency), 각 locus별 대립 유전자의 수 및 품종 집단별 대립 유전자 수를 산출하였다. 분석된 MS 좌위별 각각의 집단에 대한 다형성 정보량(Polymorphic Information Content; PIC)는 Nei(1972, 1978)의 방법을 통해 산출하였다.
전기영동시 Performance Optimized Polymer 7(POP7)(Appiled Biosystems, USA) 와 10× Buffer(with EDTA)를 1×로 희석하여 사용하였고, run time은 22분으로 하였다. 유전자형은 Genotyper software version 2.5(Appiled Biosystems, USA)를 이용하여 분석하였다.
158(L과 S)으로 비교적 먼 것으로 나타나 재래닭 집단과 오골계 집단 간의 유전적 차별성을 확인할 수 있었다. 이렇게 분석된 genetic matrix(Table 5)를 근거로 하여 NJ(Neighbor- Joining)(Saitou and Nei, 1987)의 clustering 방법을 이용하여 Fig. 1에 집단 간의 분지도를 작성하여 제시하였다.
집단 간 유연관계 분석을 위한 Da genetic distances의 추정은 Nei et al. (1983)의 방법을 사용하는 집단 유전학 분석 프로그램인 DISPAN(Ota, 1993) package를 이용하여 계산하였으며, DISPAN을 이용하여 UPGMA(unweighted pair-group method with arithmetic average)(Sneath and Soka, 1973) 방법을 통해 집단 간의 유전적 거리를 근거로 한 phylogenetic tree를 작성하였다.
성능/효과
10종의 MS marker를 대상으로 누적 개체 식별력을 계산한 결과 99.999%로 확인되었고0.255×10-7의 짝확률 값이 추정되었다.
8종의 MS marker를 사용할 경우 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타낼 확률 추정치는 0.102×10-5이었으며, 누적 식별력은 99.999%로 확인되었다.
812) 역시 가장 높은 값을 확인할 수 있었다. MCW78의 경우는 전반적으로 낮은 값이 기대되는 이형 접합도, 관측이형 접합도 그리고 PIC 값을 나타내고 있는데, 특이한 점은 재래닭(적갈색, 황갈색 및 흑색) 집단에서 관측된 이형 접합도는 0.05에서 0.152로 현저히 낮게 나타난 반면 오골계 집단에서는 0.347로 나타나 집단 간 유전적 구조의 차이를 반영하고 있음을 확인할 수 있었다.
592 로 가장 높게 나타났다. 관측된 이형 접합도의 경우 흑색 계통에서 0.587로 가장 높게 나타났으며, 황갈색 계통은 0.508 로 가장 낮게 나타났다. 전반적으로 4개의 집단 모두에서 기대되는 이형 접합도에 비해 관측된 이형 접합도가 낮은 것으로 확인되었는데, 이는 멸종 위기에 놓여있던 한국 재래닭을 복원하는 과정에서 적은 개체수를 이용해 계통을 조성하고 집단을 유지해오는 과정에서 기인한 것으로 사료된다.
083) 역시 가까운 유전적 거리를 나타내고 있음을 확인하였다. 반면, 재래닭 집단과 오골계 집단(S) 간의 유전적 거리는 0.149(R과 S), 0.144(Y과 S), 그리고 0.158(L과 S)으로 비교적 먼 것으로 나타나 재래닭 집단과 오골계 집단 간의 유전적 차별성을 확인할 수 있었다. 이렇게 분석된 genetic matrix(Table 5)를 근거로 하여 NJ(Neighbor- Joining)(Saitou and Nei, 1987)의 clustering 방법을 이용하여 Fig.
083) 역시 가까운 유전적 거리를 나타내고 있음을 확인하였다. 반면, 재래닭 집단과 오골계 집단(S) 간의 유전적 거리는 0.149(R과 S), 0.144(Y과 S), 그리고 0.158(L과 S)으로 비교적 먼 것으로 나타나 재래닭 집단과 오골계 집단 간의 유전적 차별성을 확인할 수 있었다. 이렇게 분석된 genetic matrix(Table 5)를 근거로 하여 NJ(Neighbor- Joining)(Saitou and Nei, 1987)의 clustering 방법을 이용하여 Fig.
(1983)의 방법을 이용하는 DISPAN program을 활용하여 추정한 유전적 거리를 Table 5에 제시하였다. 분석 결과 R(적갈색 계통)과 L(흑색 계통)간의 유전적 거리는 0.05로 가장 가까운 것으로 나타났으며, R과 Y(황갈색 계통, 0.073), Y과 L(0.083) 역시 가까운 유전적 거리를 나타내고 있음을 확인하였다. 반면, 재래닭 집단과 오골계 집단(S) 간의 유전적 거리는 0.
10종의 MS marker를 분석한 결과를 각 집단의 평균 대립유전자수, 기대되는 이형 접합도(expected heterozygosity: Ex H), 그리고 관측된 이형 접합도(observed heterozygosity: Ob H)를 Table 3에 제시하였다. 분석된 결과, 가장 많은 대립 유전자를 보유하고 있는 계통은 적갈 계통(R)이 4.2개로 나타났으며, 오골계 집단(S)은 3.8개로 가장 적은 대립 유전자를 보유하고 있는 것으로 확인되었다. 기대되는 이형 접합도의 경우 0.
분석에 제시된 총 10종의 MS marker를 동일성 검정을 위한 개체 식별 시스템에 활용할 경우 0.255×10-7의 짝확률 값이 추정되었다.
508 로 가장 낮게 나타났다. 전반적으로 4개의 집단 모두에서 기대되는 이형 접합도에 비해 관측된 이형 접합도가 낮은 것으로 확인되었는데, 이는 멸종 위기에 놓여있던 한국 재래닭을 복원하는 과정에서 적은 개체수를 이용해 계통을 조성하고 집단을 유지해오는 과정에서 기인한 것으로 사료된다.
본 연구는 10종의 MS(microsatellite) Marker를 이용하여 한국 재래닭 품종 내 외모 특성에 의해 구분되는 3계통(적갈색: 60수, 황갈색: 46수, 흑색: 40수)과 오골계 집단(49수), 총 4계통(총 195수)에 대한 유전 특성을 분석하고, 이를 활용하여 동일성 검정을 실시할 경우 개체 식별에 대한 신뢰도를 검정하기 위해 실시하였다. 집단 간의 유전적 유연관계를 알아보기 위해 각 MS marker별 대립 유전자의 빈도를 산출하여 이를 근거로 집단 간의 보정을 통한 방법을 이용하는 DISPAN program을 활용하여 유전적 거리에 대한 추정 결과 R(적갈색 계통)과 L(흑색 계통)간의 유전적 거리는 0.05로 가장 가까운 것으로 나타났으며, R과 Y(황갈색 계통, 0.073), Y과 L (0.083) 역시 가까운 유전적 거리를 나타내고 있음을 확인하였다. 반면, 재래닭 집단과 오골계 집단(S) 간의 유전적 거리는 0.
LEI094의 경우 기대되는 이형 접합도, 관측된 이형 접합도 그리고 PIC가 4개 집단 모두에서 상당히 높은 값을 나타내고 있다. 흑색 계통의 경우, 관측된 이형 접합도가 0.925로 전체에서 가장 높게 나타났으며, 기대되는 이형 접합도(0.844)과 PIC(0.812) 역시 가장 높은 값을 확인할 수 있었다. MCW78의 경우는 전반적으로 낮은 값이 기대되는 이형 접합도, 관측이형 접합도 그리고 PIC 값을 나타내고 있는데, 특이한 점은 재래닭(적갈색, 황갈색 및 흑색) 집단에서 관측된 이형 접합도는 0.
후속연구
그리고 이러한 재래 유전자원의 특성을 규명하고 이를 근거로 한 집단 육성을 통한 계통 보존 육성이 매우 중요한 시점에 있다. 따라서 분자유전학적 유전표지를 근거로 한 계통 분류는 품종 식별, 개체 식별 및 외래품 종간 차별성 제공 등을 통하여 한국 재래닭의 유전자원으로서의 활용 측면에서 매우 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 생각된다. Microsatellite(MS) marker는 유전적 다양성이 높고 동물 게놈 전반에 걸쳐 분포한다는 특성을 가지고 있어 집단 내 또는 집단 간 유전적 유연관계 및 다양성을 추정하는데 널리 활용되고 있다(Buchanan et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한국의 재래닭 3계통에는 무엇이 있는가?
최근 조류인플루엔자 발생과 광우병 등과 같이 축산물 안전성에 대하여 국민적 관심이 어느 때보다 높아지면서 외래종보다는 재래종의 선호도가 높아지고 있다. 또한 전 세계적으로 재래가축 유전자원의 중요성이 부각되었고 (Notter, 1999), 이에 농촌진흥청 축산과학원은 멸종위기에 처해 있던 한국의 재래닭 3계통(적갈색, 황갈색 그리고 흑색)을 복원하였다. 국내 토종닭 시장의 유통량은 연간 6천만수 내외로 전체 닭고기 소비량의 10% 정도를 차지하고 있으나, 각종 유사 닭의 둔갑 판매로 그 동안 문제점을 안고 있었다.
한국 재래닭 순수 계통의 지속적인 품종 특성 유지 및 개량을 위한 노력이 필요한 이유는?
이로 인해 우리는 해마다 미국, 영국 등 해외 여러 나라로부터 비싼 값(56억원/년)을 치르고 40만수 이상의 외국 종자를 수입하고 있다. 최근 조류인플루엔자 발생과 광우병 등과 같이 축산물 안전성에 대하여 국민적 관심이 어느 때보다 높아지면서 외래종보다는 재래종의 선호도가 높아지고 있다. 또한 전 세계적으로 재래가축 유전자원의 중요성이 부각되었고 (Notter, 1999), 이에 농촌진흥청 축산과학원은 멸종위기에 처해 있던 한국의 재래닭 3계통(적갈색, 황갈색 그리고 흑색)을 복원하였다. 국내 토종닭 시장의 유통량은 연간 6천만수 내외로 전체 닭고기 소비량의 10% 정도를 차지하고 있으나, 각종 유사 닭의 둔갑 판매로 그 동안 문제점을 안고 있었다. 축산과학원은 재래닭의 순수화 복원에 의한 순수 계통 육성 및 생산성이 증대된 실용 재래닭 개발로 농가 보급을 수행하고 있어 소비자들에게는 안전성에 대한 신뢰도 향상과 생산자에게는 경영 환경 구축에 도움이 되고 있다(농촌진흥청, 2009). 따라서 고유 가금 유전자원인 복원된 한국 재래닭 순수 계통의 지속적인 품종 특성 유지 및 개량을 위한 노력이 필요한 실정이다.
외래종보다 재래종의 선호도가 높아지고 있는 이유는?
이로 인해 우리는 해마다 미국, 영국 등 해외 여러 나라로부터 비싼 값(56억원/년)을 치르고 40만수 이상의 외국 종자를 수입하고 있다. 최근 조류인플루엔자 발생과 광우병 등과 같이 축산물 안전성에 대하여 국민적 관심이 어느 때보다 높아지면서 외래종보다는 재래종의 선호도가 높아지고 있다. 또한 전 세계적으로 재래가축 유전자원의 중요성이 부각되었고 (Notter, 1999), 이에 농촌진흥청 축산과학원은 멸종위기에 처해 있던 한국의 재래닭 3계통(적갈색, 황갈색 그리고 흑색)을 복원하였다.
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