돼지 mitochondrial calcium uptake 1 (MICU1) 유전자의 3'UTR 내 SNP가 육질에 미치는 영향 Effects of Polymorphisms in the 3' Untranslated Region of the Porcine Mitochondrial calcium uptake 1 (MICU1) Gene on Meat Quality Traits원문보기
Mitochondrial calcium uptake 1 (MICU1)은 2개의 canonical EF hands를 가지고 미토콘드리아 내막에 위치하여, 미토콘드리아의 칼슘 섭취에 중요한 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 근육 세포의 미토콘드리아 칼슘 섭취는 사후에 급속냉각 또는 냉장 시, 근육 내 칼슘 방출로 인한 강직과 관련되어 있으므로 궁극적으로는 육질 형성에 관련이 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 돼지 MICU1 유전자의 exon영역의 변이를 탐색하고, 발굴된 변이에 대해 육질 형질과의 연관성 분석을 실시하였다. 이를 위해 버크셔 667두(암퇘지 347두, 거세수퇘지 320두)가 이용되었으며, MICU1 유전자의 cDNA를 염기서열 해독하여 비교함으로써 exon 영역의 변이를 발굴하였다. 그 결과 MICU1의 3' 비해독 영역(untranslated region, UTR)에서 3개의 단일염기다형성(single-nucleotide polymorphism, SNP)를 발견했다. 그리고 이들 SNP에 대해 공시돈의 육질형질(근육 pH, 육즙 손실, 육색, 근내지방함량)과 연관성 분석을 실시했다. SNP1 (c.*136G>A)에서는 육즙 손실(p=0.017), 근내지방함량(p=0.039)과 연관되어 있었고, SNP2 (c.*222G>A)와 SNP3 (c.*485G>A)에서는 각각 육즙 손실(p=0.018)과 근내지방함량(p<0.001)과 연관되어 있는 것을 확인하였다. 따라서 본 결과를 바탕으로, 돼지에서 육질과 관련된 후보 유전자로 추정된 MICU1 유전자로부터 3' 비해독 영역의 변이가 유의적으로 육질 형질과 관련되어있다는 것이 확인되었다. 향후 MICU1 유전자의 3' 비해독 영역의 변이들에 기능적 역할을 정확히 파악하기 위한 분자생물학적 특성 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Mitochondrial calcium uptake 1 (MICU1)은 2개의 canonical EF hands를 가지고 미토콘드리아 내막에 위치하여, 미토콘드리아의 칼슘 섭취에 중요한 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 근육 세포의 미토콘드리아 칼슘 섭취는 사후에 급속냉각 또는 냉장 시, 근육 내 칼슘 방출로 인한 강직과 관련되어 있으므로 궁극적으로는 육질 형성에 관련이 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 돼지 MICU1 유전자의 exon영역의 변이를 탐색하고, 발굴된 변이에 대해 육질 형질과의 연관성 분석을 실시하였다. 이를 위해 버크셔 667두(암퇘지 347두, 거세수퇘지 320두)가 이용되었으며, MICU1 유전자의 cDNA를 염기서열 해독하여 비교함으로써 exon 영역의 변이를 발굴하였다. 그 결과 MICU1의 3' 비해독 영역(untranslated region, UTR)에서 3개의 단일염기다형성(single-nucleotide polymorphism, SNP)를 발견했다. 그리고 이들 SNP에 대해 공시돈의 육질형질(근육 pH, 육즙 손실, 육색, 근내지방함량)과 연관성 분석을 실시했다. SNP1 (c.*136G>A)에서는 육즙 손실(p=0.017), 근내지방함량(p=0.039)과 연관되어 있었고, SNP2 (c.*222G>A)와 SNP3 (c.*485G>A)에서는 각각 육즙 손실(p=0.018)과 근내지방함량(p<0.001)과 연관되어 있는 것을 확인하였다. 따라서 본 결과를 바탕으로, 돼지에서 육질과 관련된 후보 유전자로 추정된 MICU1 유전자로부터 3' 비해독 영역의 변이가 유의적으로 육질 형질과 관련되어있다는 것이 확인되었다. 향후 MICU1 유전자의 3' 비해독 영역의 변이들에 기능적 역할을 정확히 파악하기 위한 분자생물학적 특성 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Mitochondrial calcium uptake 1 (MICU1) including two canonical EF hands, located in the mitochondrial inner membrane, is known to play a crucial role in the calcium uptake in mitochondria. Mitochondrial calcium uptake in muscular cells is related to post mortem shortening by calcium release from mus...
Mitochondrial calcium uptake 1 (MICU1) including two canonical EF hands, located in the mitochondrial inner membrane, is known to play a crucial role in the calcium uptake in mitochondria. Mitochondrial calcium uptake in muscular cells is related to post mortem shortening by calcium release from muscles. Therefore, the porcine MICU1 gene has been estimated as a genetic candidate for meat quality traits. In this study, variations on the exonic regions of the porcine MICU1 gene were investigated by sequencing cDNAs and tested for their association with meat quality traits. A total of 667 Berkshire heads (347 sows and 320 castrated boars) were used for this association test. Three SNPs were detected on the 3' untranslated region (UTR) of the porcine MICU1 gene. SNP1 (c.*136G>A) was associated with drip loss (p=0.017) and intramuscular fat content (p=0.039). In addition, SNP2 (c.*222G>A) and SNP3 (c.*485G>A) were associated with drip loss (p=0.018) and intramuscular fat content (p<0.001), respectively. In conclusion, it was verified that three variations on the 3' UTR of the porcine MICU1 gene were significantly associated with meat quality traits. It was also suggested that molecular biological analyses are needed to validate the function of variations on the 3 UTR of the porcine MICU1 gene.
Mitochondrial calcium uptake 1 (MICU1) including two canonical EF hands, located in the mitochondrial inner membrane, is known to play a crucial role in the calcium uptake in mitochondria. Mitochondrial calcium uptake in muscular cells is related to post mortem shortening by calcium release from muscles. Therefore, the porcine MICU1 gene has been estimated as a genetic candidate for meat quality traits. In this study, variations on the exonic regions of the porcine MICU1 gene were investigated by sequencing cDNAs and tested for their association with meat quality traits. A total of 667 Berkshire heads (347 sows and 320 castrated boars) were used for this association test. Three SNPs were detected on the 3' untranslated region (UTR) of the porcine MICU1 gene. SNP1 (c.*136G>A) was associated with drip loss (p=0.017) and intramuscular fat content (p=0.039). In addition, SNP2 (c.*222G>A) and SNP3 (c.*485G>A) were associated with drip loss (p=0.018) and intramuscular fat content (p<0.001), respectively. In conclusion, it was verified that three variations on the 3' UTR of the porcine MICU1 gene were significantly associated with meat quality traits. It was also suggested that molecular biological analyses are needed to validate the function of variations on the 3 UTR of the porcine MICU1 gene.
본 연구에서는 버크셔 품종 집단에서 돼지고기 육질과 관련이 있을 것으로 예상되는 MICU1 유전자의 단백질 암호화 영역에서 변이를 탐색하고, 이들의 육질 형질과의 연관성을 분석함으로써 MICU1 유전자의 유전적 기능을 확인하였다.
제안 방법
돼지 MICU1 유전자에 대해 버크셔 공시돈 667두에서 개체별 RNA를 추출하여 cDNA를 합성한 후, 염기서열해독을 통해 단백질을 암호화하는 영역에서의 변이를 탐색하였다. 그 결과, 총 3개의 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism, SNP)을 3’ 비해독 영역(untranslational region; UTR)에서 발견하였으며, 이들은 돼지 dbSNP에 기 보고된 변이임을 알 수 있었다(Fig.
돼지 MICU1 유전자형이 분석된 공시돈 667두에 대해 총 10개의 육질 형질이 측정되었으며, 크게 “근육pH, 보수력, 육색, 일반성분, 연도”의 5개 항목으로 구분하였다(Table 1). 본 연구에서 버크셔 품종 집단에서 확인된 3개의 돼지 MICU1유전자 변이에 대해 측정된 육질 형질과의 연관성 분석을 수행하였다(Table 4). SNP1유전자형과 SNP2 유전자형은 유리 육즙과 유의적인 연관을 나타냈다(각각 p=0.
대상 데이터
본 연구에서 이용된 실험방법과 분석절차들은 2009년도의 국립축산과학원(완주, 한국)의 동물윤리위원회에 의해 승인되었다(2009-077). 공시돈은 버크셔 품종의 돼지 667두(암퇘지 347두, 거세돈 320두)로 동일한 농장에서 같은 사료를 먹고 자랐으며, 약 110 kg정도에 축산물품질평가원의 규정과 절차에 따라 도축되었다. 도축 후에 도체무게(carcass weight, CWT)를 측정하고, 육질분석 및 DNA추출을 위해 등심근(longissimus dorsi muscle, LD) 시료를 채취하였다.
공시돈은 버크셔 품종의 돼지 667두(암퇘지 347두, 거세돈 320두)로 동일한 농장에서 같은 사료를 먹고 자랐으며, 약 110 kg정도에 축산물품질평가원의 규정과 절차에 따라 도축되었다. 도축 후에 도체무게(carcass weight, CWT)를 측정하고, 육질분석 및 DNA추출을 위해 등심근(longissimus dorsi muscle, LD) 시료를 채취하였다.
데이터처리
2 프로그램을 이용했다. 혼합 모델이 이용되었으며, 고정효과로는 유전자형과 성별이 포함되었고, 모체효과는 임의효과로 포함시켰다. 공변량으로 도체중이 포함되었다.
성능/효과
본 연구에서 버크셔 품종 집단에서 확인된 3개의 돼지 MICU1유전자 변이에 대해 측정된 육질 형질과의 연관성 분석을 수행하였다(Table 4). SNP1유전자형과 SNP2 유전자형은 유리 육즙과 유의적인 연관을 나타냈다(각각 p=0.017, p=0.018). 두 좌위에서 모두 AA유전자형을 가진 개체들이 다른 유전자형을 가진 개체들보다 유리육즙이 높게 나타났으며, 이는 보수력이 상대적으로 좋지 않다는 것을 의미한다.
돼지 MICU1 유전자에 대해 버크셔 공시돈 667두에서 개체별 RNA를 추출하여 cDNA를 합성한 후, 염기서열해독을 통해 단백질을 암호화하는 영역에서의 변이를 탐색하였다. 그 결과, 총 3개의 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism, SNP)을 3’ 비해독 영역(untranslational region; UTR)에서 발견하였으며, 이들은 돼지 dbSNP에 기 보고된 변이임을 알 수 있었다(Fig. 1). 하지만 이들 변이에 대한 돼지의 특정 품종 집단 내에서의 유전적 특성이 연구되어 보고된 바는 없었다.
SNP3좌위에서 GG를 가진 개체들은 AG를 가진 개체들보다 근내지방함량이 유의적으로 높게 나타났으며, AA 유전자형을 가진 개체들은 그 중간 정도의 근내지방함량을 가지고 있었다. 따라서 버크셔 품종 집단에서 SNP1과 SNP2의 GG 유전자형을 선발할 경우, 유리육즙 손실이 낮을 것이고, SNP3의 GG 유전자형을 선발할 경우에는 근내지방함량이 높을 것으로 기대된다.
후속연구
하지만 본 연구에서 발견한 3개의 SNP는 탐색된 miRNA의 목적 서열에 위치하고 있지는 않았다. 그럼에도 불구하고, 탐색된 miRNA들이 사람 및 쥐에서 보고된 것으로, 돼지 MICU1의 3’UTR서열과 완전 일치하지 않기 때문에 향후 돼지의 특이 miRNA에 대한 후속 연구를 통해 SNP와의 상호작용에 대한 확인이 필요할 것으로 판단된다.
하지만 본 연구에서는 3’UTR에서 3개의 변이만을 찾을 수 있었으며, 이들은 Ensembl 변이정보에 포함되었다. 따라서 유전자 내 변이 분포는 돼지의 집단에 따라 큰 차이가 있으므로, 집단 수준에서 유전적 특성을 분석하기 위해서는 여전히 별도로 변이 탐색 및 빈도 분석 단계가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
돼지 스트레스 증후군의 육질 저하는 어떤 과정을 거치는가?
세포 내 칼슘은 2차 신호전달자로서, 물질대사, 세포증식 및 분화, 세포사멸, 근수축/이완 등 다양한 세포 내 기작들을 조절하는 역할을 한다[1]. 사후 근소포체 (sarcoplasmic reticulum)에 저장되어 있던 칼슘이온이 세포질 내로 유입되면서 세포질 내 칼슘농도가 증가한다. 이로 인해 근수축이 일어나고, Ca²⁺-activated ATPases의 활성을 증가시킴으로써 해당과정의 속도를 증가시켜 육질저하를 가져온다[2]. 대표적인 예로, 돼지 스트레스 증후군(porcine stress syndrome, PSS)가 있으며, Ca²⁺ release channel protein결함이 생긴 돼지는 사후 근육의 세포질내 칼슘농도가 급격히 상승하며 이상육 또는 물퇘지육(pale, soft, exudative; PSE) 발생을 크게 증가한다[5].
세포 내 칼슘의 역할은?
세포질 내 칼슘(cytosolic calcium)함량 변화는 사후대사속도와 밀접한 관련이 있다. 세포 내 칼슘은 2차 신호전달자로서, 물질대사, 세포증식 및 분화, 세포사멸, 근수축/이완 등 다양한 세포 내 기작들을 조절하는 역할을 한다[1]. 사후 근소포체 (sarcoplasmic reticulum)에 저장되어 있던 칼슘이온이 세포질 내로 유입되면서 세포질 내 칼슘농도가 증가한다.
육질을 결정하는 주요 형질은 어떻게 구별될 수 있는가?
양돈산업의 경쟁력을 갖는데 있어서 육질은 생산성과 함께 매우 중요한 요소이다. 육질을 결정하는 주요 형질로는 근내지방함량, 육색, 풍부한 육즙 등으로 구별될 수 있다. 그리고 돼지고기는 도축 후 사후대사(postmortem metabolism)과정을 거치게 되는데, 사후대사속도에 따라 육질이 결정된다.
참고문헌 (12)
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