본 연구는 한국토종닭의 모색 변이와 TYR 유전자형 간의 상관관계를 규명하기 위하여 '우리맛닭' 실용계 부계로 이용되는 토종닭 순계 H 계통 암탉 207수, 수탉 40수와 '우리 맛닭' 실용계 60수, 육질형으로 많이 이용되는 흑색 모색을 가진 재래닭 L계통, 흰색 모색을 가진 재래닭 W 계통 토종닭 각각 50수, 총 407수 혈액을 채취하고 DNA를 분리하였다. 모색 표현형과 유전자형과의 연관성을 알아보기 위하여 모색 관련 후보 유전자 TYR의 sequencing 결과를 분석하여 유전자 변이를 살펴보았다. L/W 계통 간의 모색 표현형과 유전자형을 비교한 결과, W 계통의 경우, 유전자형은 GG, AA, TT, CC, GG, AA type으로 고정되어 있었다. '우리맛닭' 실용계에서 TYR 유전자를 비교한 결과, 두 개체 간의 유전자형의 빈도 차이는 유의적으로 나타났으며, 5개의 SNP는 갈색 이모색과 관련성이 있을 것으로 생각된다. 하지만 재래닭 L/W 계통과 달리 토종닭 순계 H 계통 간의 경우, 유전자형은 다양하게 나타났으며, 모색 표현형과 유전자형과의 유의적인 연관성을 찾을 수 없었다. 또한, 모색의 관련된 후보 유전자들의 연관성을 분석하기 위해서는 멜라닌 생성에 관여하는 단백질의 발현을 억제해 멜라닌 생성을 차단하는 기능을 가진 PMEL17(premelanosome protein 17)(Kerje et al., 2004) 유전자와 성 결정 유전자인 SOX10(sex determining region Y, BOX 10)(Gunnarsson et al., 2010), MC1R(melanocortin 1 receptor)유전자의 상반된 기능을 가진 ASIP 유전자(agouti signaling protein)(Yoshihara et al., 2012) 등 모색 관련 유전자의 연관성 분석이 더 필요할 것으로 사료된다. 이상의 본 연구는 토종닭의 품종 구분을 위한 분자유전학적 기초 마커 개발 및 정보를 제공함으로써 한국 토종닭 품종의 대상으로 실용계 개발 및 토종닭 보존 계획 방법에 있어서 가치 있는 정보를 제시할 것으로 사료된다.
본 연구는 한국토종닭의 모색 변이와 TYR 유전자형 간의 상관관계를 규명하기 위하여 '우리맛닭' 실용계 부계로 이용되는 토종닭 순계 H 계통 암탉 207수, 수탉 40수와 '우리 맛닭' 실용계 60수, 육질형으로 많이 이용되는 흑색 모색을 가진 재래닭 L계통, 흰색 모색을 가진 재래닭 W 계통 토종닭 각각 50수, 총 407수 혈액을 채취하고 DNA를 분리하였다. 모색 표현형과 유전자형과의 연관성을 알아보기 위하여 모색 관련 후보 유전자 TYR의 sequencing 결과를 분석하여 유전자 변이를 살펴보았다. L/W 계통 간의 모색 표현형과 유전자형을 비교한 결과, W 계통의 경우, 유전자형은 GG, AA, TT, CC, GG, AA type으로 고정되어 있었다. '우리맛닭' 실용계에서 TYR 유전자를 비교한 결과, 두 개체 간의 유전자형의 빈도 차이는 유의적으로 나타났으며, 5개의 SNP는 갈색 이모색과 관련성이 있을 것으로 생각된다. 하지만 재래닭 L/W 계통과 달리 토종닭 순계 H 계통 간의 경우, 유전자형은 다양하게 나타났으며, 모색 표현형과 유전자형과의 유의적인 연관성을 찾을 수 없었다. 또한, 모색의 관련된 후보 유전자들의 연관성을 분석하기 위해서는 멜라닌 생성에 관여하는 단백질의 발현을 억제해 멜라닌 생성을 차단하는 기능을 가진 PMEL17(premelanosome protein 17)(Kerje et al., 2004) 유전자와 성 결정 유전자인 SOX10(sex determining region Y, BOX 10)(Gunnarsson et al., 2010), MC1R(melanocortin 1 receptor)유전자의 상반된 기능을 가진 ASIP 유전자(agouti signaling protein)(Yoshihara et al., 2012) 등 모색 관련 유전자의 연관성 분석이 더 필요할 것으로 사료된다. 이상의 본 연구는 토종닭의 품종 구분을 위한 분자유전학적 기초 마커 개발 및 정보를 제공함으로써 한국 토종닭 품종의 대상으로 실용계 개발 및 토종닭 보존 계획 방법에 있어서 가치 있는 정보를 제시할 것으로 사료된다.
Tyrosinase (TYR) gene is located on chromosome 1 in chicken and it is composed of five exons and four introns. TYR gene is described as a key enzyme in melanin biosynthesis. Most examples of complete albinism in chicken have been due to defects in the tyrosinase gene. The association of feather colo...
Tyrosinase (TYR) gene is located on chromosome 1 in chicken and it is composed of five exons and four introns. TYR gene is described as a key enzyme in melanin biosynthesis. Most examples of complete albinism in chicken have been due to defects in the tyrosinase gene. The association of feather color and sequence polymorphism in the Tyrosinase (TYR) gene was investigated using Korean Native chicken H breed (H_PL), Korean Native chicken L/W breed(L/W_PL) and 'Woorimatdag' commercial chickens (Woorimatdag_CC). From L_PL and W_PL breed analyses, 4 synonymous SNPs (locus G33A, G116A, C217T and C247T) and 2 SNPs (G838A and G958A) were detected in 4th exon and 4th intron of TYR gene respectively. The genotype frequencies for 6 SNPs were compared between L_PL and W_PL and W_PL represented homozygous SNP types in all the analyzed SNP positions while L_PL displayed various SNP types.
Tyrosinase (TYR) gene is located on chromosome 1 in chicken and it is composed of five exons and four introns. TYR gene is described as a key enzyme in melanin biosynthesis. Most examples of complete albinism in chicken have been due to defects in the tyrosinase gene. The association of feather color and sequence polymorphism in the Tyrosinase (TYR) gene was investigated using Korean Native chicken H breed (H_PL), Korean Native chicken L/W breed(L/W_PL) and 'Woorimatdag' commercial chickens (Woorimatdag_CC). From L_PL and W_PL breed analyses, 4 synonymous SNPs (locus G33A, G116A, C217T and C247T) and 2 SNPs (G838A and G958A) were detected in 4th exon and 4th intron of TYR gene respectively. The genotype frequencies for 6 SNPs were compared between L_PL and W_PL and W_PL represented homozygous SNP types in all the analyzed SNP positions while L_PL displayed various SNP types.
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문제 정의
본 연구는 다양한 모색 표현형을 가지고 있는 H 계통, ‘우리맛닭’ 실용계, L/W 계통의 모색 표현형과 모색 관련 유전자의 연관성 분석을 통하여, 한국 토종닭의 특성 구명 및 일반적으로 유통되고 있는 육계와 차별화를 위한 분자마커 개발의 기초 연구로 토종닭의 모색 표현형과 모색 관련 유전자 TYR 변이에 따른 연관성을 분석하였다.
본 연구는 한국토종닭의 모색 변이와 TYR 유전자형 간의 상관관계를 규명하기 위하여 ‘우리맛닭’ 실용계 부계로 이용되는 토종닭 순계 H 계통 암탉 207수, 수탉 40수와 ‘우리맛닭’ 실용계 60수, 육질형으로 많이 이용되는 흑색 모색을 가진 재래닭 L계통, 흰색 모색을 가진 재래닭 W 계통 토종닭 각각 50수, 총 407수 혈액을 채취하고 DNA를 분리하였다.
제안 방법
그 후 72℃에서 5분간 연장시킨 후 8℃에서 종료하였다. PCR 산물은 1.5% agarose gel에서 전기영동하고, EtBr로 염색한후 UV image analyzer로 관찰하였다. PCR 산물은 purification한후, ABI-3730 DNA analyzer(Aplied biosystems)를 이용하여 sequence를 분석하였다.
5% agarose gel에서 전기영동하고, EtBr로 염색한후 UV image analyzer로 관찰하였다. PCR 산물은 purification한후, ABI-3730 DNA analyzer(Aplied biosystems)를 이용하여 sequence를 분석하였다.
genomicDNAisolationkit(GeNetBio, Korea)를 이용하여 매뉴얼에 따라 추출하였다. TYR 유전자를 증폭하기 위하여 NCBI에 등록되어 있는 L46805.1 sequence를 이용하여 TYR primer를 2쌍을 제작하였다(Table 2). 이 부분은 엑손4와 인트론을 포함한 영역이다.
TYR 유전자의 SNP를 조사하기 위해서 닭 혈액에서 Genomic DNA를 PrimePrepTMgenomicDNAisolationkit(GeNetBio, Korea)를 이용하여 매뉴얼에 따라 추출하였다. TYR 유전자를 증폭하기 위하여 NCBI에 등록되어 있는 L46805.
본 연구는 한국토종닭의 모색 변이와 TYR 유전자형 간의 상관관계를 규명하기 위하여 ‘우리맛닭’ 실용계 부계로 이용되는 토종닭 순계 H 계통 암탉 207수, 수탉 40수와 ‘우리맛닭’ 실용계 60수, 육질형으로 많이 이용되는 흑색 모색을 가진 재래닭 L계통, 흰색 모색을 가진 재래닭 W 계통 토종닭 각각 50수, 총 407수 혈액을 채취하고 DNA를 분리하였다. 모색 표현형과 유전자형과의 연관성을 알아보기 위하여 모색 관련 후보 유전자 TYR의 sequencing 결과를 분석하여 유전자 변이를 살펴보았다. L/W 계통 간의 모색 표현형과 유전자형을 비교한 결과, W 계통의 경우, 유전자형은 GG, AA, TT, CC, GG, AA type으로 고정되어 있었다.
토종닭 H 계통은 대체적으로 흑색 모색을 가지고 있으나, 흑색 모색과 갈색 모색이 섞인 개체가 부위별로 다양하게 가지고 있다. 모색의 부위는 머리, 목, 등, 가슴, 날개, 꼬리의 여섯 부위로 나누어서, 개체를 흑색, 흑색+갈색 모색으로 구분하여 조사하였다(Table 3). 수탉 40수 중 흑색 모색만 가지고 있는 개체는 없고, 흑색+갈색의 모색이 다양한 부위에 섞여 있었다.
본 시험에 사용된 공시계는 국립축산과학원 가금과에서 보유하고 있는 육용형 토종닭 H 계통 순계 암탉 207수, 수탉 40수, 육질형으로 많이 이용되는 흑색 모색을 가진 재래닭 L 계통, 흰색 모색을 가진 재래닭 W 계통 재래닭 각각 50수, ‘우리맛닭’ 실용계 60수, 총 407수를 이용하였다. 순계의 모색은 머리, 목, 가슴, 배, 날개, 꼬리의 여섯 부위로 나누어서 흑색, 흑색+갈색의 모색으로 구분하였고, 실용계는 흑색, 갈색의 두 그룹으로 구분하여 조사하였다. 재래닭 L 계통과 W 계통은 흑색 모색과 흰색 모색의 표현형을 가지고 있다(Table 1).
염기 서열 분석은 DNA star(Lasergene7_SeqMan, DNASTAR Inc, Madison, WI) program을 이용하여 유전자 변이를 탐색하고, SNP을 발굴하였다. H 계통 순계 247수는 흑색 모색에 갈색 이모색을 가지고 있는 표현형으로 구분하여 흑색, 흑색+갈색의 2계통으로 분류하고, ‘우리맛닭’ 실용계 60수는 검정색, 갈색의 2계통으로 분류하였다.
유전자 증폭은 genomic DNA(25 ng/μL) 2 μL, 10× buffer(Genetbio, Korea) 2.5 μL, dNTP(2.5 mM) 2 μL, forward와 reverse primer(10 pmol) 각각 1 μL, Taq DNA polymerase(GeNet Bio, Korea) 0.1 μL, 3차 증류수 16.4 μL를 첨가하여 전체 25 μL의 반응액으로 제조하여 수행하였다.
상층액을 제거하고 70% 에탄올 150 μL를 첨가하여 4℃, 2,800 rpm에서 15분간 원심분리 후 상층액을 제거하고, 상온에서 2시간 동안 건조하였다. 정제가 완료된 반응 산물은 ABI-3730 DNA analyzer(Applied biosystems) 를 이용하여 분석하였다.
정제된 PCR 산물 2 μL, Big Dye Terminator v3.1 Cycle sequencing RR-100(Applied Biosystems, USA) 0.5 μL, 5× sequencing buffer 1.75 μL, primer(1.6 pmol/μL) 1 μL, 3차 증류수 4.75μL를 혼합하여 전체 반응 부피를 10 μL로 하여 sequencing 반응을 수행하였다.
대상 데이터
본 시험에 사용된 공시계는 국립축산과학원 가금과에서 보유하고 있는 육용형 토종닭 H 계통 순계 암탉 207수, 수탉 40수, 육질형으로 많이 이용되는 흑색 모색을 가진 재래닭 L 계통, 흰색 모색을 가진 재래닭 W 계통 재래닭 각각 50수, ‘우리맛닭’ 실용계 60수, 총 407수를 이용하였다.
데이터처리
H 계통 순계 247수는 흑색 모색에 갈색 이모색을 가지고 있는 표현형으로 구분하여 흑색, 흑색+갈색의 2계통으로 분류하고, ‘우리맛닭’ 실용계 60수는 검정색, 갈색의 2계통으로 분류하였다. 재래닭 L 계통과 W 계통 100수는 흑색 모색과 흰색 모색의 표현형으로 구분하여 SNP, 유전자형과의 연관성을 t test로 이용하여 분석하였다(http://graphpad.com/quickcalcs/ttest1/).
성능/효과
G<A, g.217C<T, g.247C<T와 인트론에 존재하는 g.838G<A, g.958G<A SNPs을 확인한 결과, dbSNPs과 일치하지 않았고, 발굴한 6개의 SNPs은 토종닭 TYR 유전자상에 존재하는 새로운 변이로 사료된다.
958G<A SNPs을 확인한 결과, dbSNPs과 일치하지 않았고, 발굴한 6개의 SNPs은 토종닭 TYR 유전자상에 존재하는 새로운 변이로 사료된다. H 계통 흑색과 흑색+갈색이 섞인 두 개체를 비교한 결과, 두 개체의 유전자형의 유의적 차이는 없었다(Table 6). 이것으로 보아 H 계통 중 흑색+갈색이 섞인 개체는 갈색과 검정색을 띄는 eumelanin에 포함되는 영역(Simon et al.
‘우리맛닭’ 실용계에서는 5개의 SNP가 존재하였으며, 유전자형의 빈도와 이모색의 연관 분석 결과, 유의적인 차이를 보였다(Table 7). 갈색 모색 실용계와 흑색 모색 실용계를 비교한 결과, 5개의 SNP의 유전자형 GG, AA, TT, AA, AA type은 갈색 모색 실용계의 빈도가 평균 70% 이상으로 나타났다. 이처럼 ‘우리맛닭’ 실용계는 갈색 이모색과 관련성이 있을 것으로 생각된다.
958G<A의 유전자형은 AA type만 나타났다. 그 결과, 흰색 모색 표현형을 가진 W 계통은 GATCGA의 고정된 haplotype을 보여주었다.
수탉 40수 중 흑색 모색만 가지고 있는 개체는 없고, 흑색+갈색의 모색이 다양한 부위에 섞여 있었다. 모색의 부위는 머리, 목, 등, 가슴, 날개, 꼬리의 여섯 부위 중 목 부위에 갈색 모색이 섞여있는 수탉은 3수, 목과 등 부위에 갈색 모색이 섞여있는 수탉은 2수, 머리, 목, 날개 부위에 갈색 모색이 섞여있는 수탉은 9수, 머리, 목, 등 부위에 갈색 모색이 섞여있는 수탉은 3수, 머리, 목, 등, 날개 부위에 갈색 모색이 섞여있는 수탉은 17수, 머리, 목 , 등 , 가슴 부위에 갈색 모색이 섞여있는 수탉은 1수, 머리, 목, 등, 가슴, 날개 부위에 갈색 모색이 섞여있는 수탉은 5수로 조사되었다. 6개의 부위 중 꼬리 부위에만 갈색 모색이 발견되지 않았다.
본 연구에서 사용된 토종닭 모색 표현형을 조사한 결과, H 계통은 검정색 모색을 기본으로 하여 갈색 모색이 섞인 표현형을 가지고 있다. L계통은 육질형 재래종으로 체구는 작으며, 육질이 뛰어난 흑색 모색 표현형을 가지고 있다.
6개의 부위 중 꼬리 부위에만 갈색 모색이 발견되지 않았다. 암탉 207수 중 157수는 흑색 모색이며 목 부위가 흑색+갈색은 41수, 머리와 목 부위가 흑색+갈색은 9수로 총 이모색을 가지고 있는 암탉은 50수로 조사되었다. 이와 같이 수탉과 암탉의 모색의 차이는 1912년 Sturtevant가 발표한 수탉 ZZ, 암탉 ZW의 성염색체를 가지고 있고, Sex-linked Silver locus는 silver와 wild type/gold의 모색을 조절하며, 붉은색이 착색되는 것을 방해한다(Sturtevant et al.
, 2006). 하지만 토종닭 L/W 계통을 NCBI에 등록되어 있는 L46805.1 sequence 사용하여 분석한 결과, 7.7 kb의 insertion이 존재함을 발견하지는 못했다. 그러나 NCBI dbSNP 검색(http://www.
후속연구
‘우리맛닭’ 실용계에서 모색 표현형과 모색 관련 유전자의 연관성을 통하여 모색 균일도를 높이기 위해서는 부계로 이용되는 H 계통뿐만 아니라, 모계로 이용되는 재래닭과 겸용형 토착종에 대한 모색 표현형 및 모색 관련 유전자의 연관성 분석이 더 필요할 것으로 사료된다.
지금까지의 결과들을 보았을 때, TYR 유전자의 SNP 조사및 표현형과의 연관성 분석에서의 ‘우리맛닭’ 실용계의 부계로 사용되는 H 계통과 실용계의 유전자형이 고정되지 않은 이유는 개체 특성에 의해 나타나는 현상이 아니라, 토종닭의 복원 및 외래품종들의 토착화 과정에서 유전적 특성을 배제하고, 외형적인 특징에 의한 선별 과정을 거쳤기 때문에 나타나는 현상이라고 생각된다. 따라서 토종닭의 명확한 규명을 위해서는 유전적 특징을 고려한 선발 과정이 필요하며, 후보 모색 관련 유전자들을 연구하여 진행되어져야 할 것으로 사료된다.
또한, TYR 유전자상에 존재하는 6개의 SNPs는 현재까지 밝혀진 정보는 없지만, 차후 이 부분을 더 연구할 가치가 있어 모색 표현형 및 모색 관련 유전자의 연관성 분석이 더 필요할 것으로 사료된다.
또한, 모색의 관련된 후보 유전자들의 연관성을 분석하기 위해서는 멜라닌 생성에 관여하는 단백질의 발현을 억제해 멜라닌 생성을 차단하는 기능을 가진 PMEL17(premelanosome protein 17)(Kerje et al., 2004) 유전자와 성 결정 유전자인 SOX10(sex determining region Y, BOX 10)(Gunnarsson et al., 2010), MC1R(melanocortin 1 receptor)유전자의 상반된 기능을 가진 ASIP 유전자(agouti signaling protein)(Yoshihara et al., 2012) 등 모색 관련 유전자의 연관성 분석이 더 필요할 것으로 사료된다.
이상의 본 연구는 토종닭의 품종 구분을 위한 분자유전학적 기초 마커 개발 및 정보를 제공함으로써 한국 토종닭 품종의 대상으로 실용계 개발 및 토종닭 보존 계획 방법에 있어서 가치 있는 정보를 제시할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
상업화하기에 재래닭의 단점은?
우리가 식용으로 이용하는 닭은 순계(PL)를 이용하여 원종계(GPS) 또는 종계(PS)를 생산하고, 이 종계를 이용 하여 실용계를 생산하게 된다(축산과학원, 2008). 하지만 전용 육용계에 비하여 성장 및 산란능력이 낮은 재래닭은 경제성이 낮아 상업화에 바로 적용하기에는 적합하지 않다. 따라서 산란능력이 높은 겸용형 토착종과 맛이 좋은 재래닭의 교배로 생산한 잡종 1대에 증체능력이 우수한 육용형 토착종을 교배한 3원 교배로 성장능력 및 산란능력 등의 생산성이 순수 재래닭에 비해 높은 ‘우리맛닭’을 개발하게 되었다(허강녕 등, 2011).
닭의 Tyrosinase(TYR) 유전자 활성은 무엇을 통해 조절되는가?
, 1996). 유전자의 활성은 Extension(E) locus상에 존재하는 α-melanocyte stimulating hormone(α-MSH)유전자에 의해 조절된다. 유전자의 활성이 낮으면 페오멜라닌 색소를 합성하게 되고, 활성이 높으면 유멜라닌을 합성하게 된다(Lerner et al.
토종닭에 포함되는 품종은?
국립축산과학원은 1992년부터 여러 차례에 걸쳐 수집한 재래종 집단의 품종 및 모색에 따라 기초계군을 조성하였으며, 최소한 7세대 간의 순수혈통 번식을 통하여 선발․유지한 것을 토종닭이라 정의하였다(강보석, 2010). 토종닭은 우리나라 고유 재래닭과 외국에서 들어온 품종 중 7세대 이상의 세대 기록이 있고, 순수혈통이유지되어 토착화된 토착종을 모두 포함한다. 다만, 연구 보고․논문 등 학술적 용어로 재래닭에 국한하여 한국재래닭(Korean native chicken)의 용어를 사용한다(국립축산과학원, 2011).
참고문헌 (17)
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Gunnarsson U, Kerje s, Bed'hom B, Sahlqvist AS, Ekwall O, Tixier-Boichard M 2010 The dark brown plumage color in chickens is caused by an 8.3-kb deletion upstream of SOX10. Pigment Cell Melanoma Res 24: 268-274.
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Simon JD, Peles D, Wakamatsu K, Ito S 2009 Current challenges in understanding melanogenesis: bridging chemistry, biological control, morphology, and function. Pigment Cell & Melanoma Research 22: 563-579.
Tobita-Teramoto T, Jang GY, Kino K, Salter DW, Brumbaugh J, Akiyama T 2000 Autosomal albino chicken mutation (ca/ca) deletes hexanucleotide (-deltaGACTGG817) at a copper-binding site of the tyrosinasegene. Poult Sci 79(1): 46-50.
Yoshihara C, Fukao A, Ando K, Tashiro Y, Taniuchi S, Takahashi S, Takeuchi S 2012 Elaborate color patterns of individual chicken feathers may be formed by the agouti signaling protein. General and Comparative Endocrinology 175: 495-499.
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