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문제 정의
- 본 연구는 2절에서 우수 유전자 조합을 선별하기 위한 각 통계적 방법과 MDR 기법을 소개한다. 3절에서는 환경적 요인을 보정한 후의 경제형질 값에 대해 살펴보고 MDR 기법을 적용하여 우수 유전자를 선별한다.
- 현재 지방산 합성 경로 두 가지 모두에 관여하는 SCD, SREBPs, PPARγ, FABP4, FASN, LPL 유전자 여섯 종류 모두를 포함하여 한우의 경제형질에 유의한 영향을 미치는 우수한 유전자 조합과 유전자형을 선별하기 위한 연구를 진행 중이다.
제안 방법
- G > A) 조합이 가장 우수한 유전자 조합이고 조합 내 TTAG, TTGG, CTGG를 가장 우수한 유전자형으로 선별하였다.
- G > C) 조합을 선별하였고, 조합 내 CCCC, CCCG, CCGG, CTCC, TTCC를 우수 유전자형으로 선별하였다.
- 본 연구에 사용된 데이터는 경북지역의 17개의 사육농장에서 얻은 513두의 한우로부터 수집되었다 (Oh 등, 2011). 경제형질는 한우의 맛과 향에 영향을 준다고 알려진 올레인산과 단일불포화지방산, 한우의 품질에 영향을 주는 도체중량, 근내지방도를 분석에 사용하였다. SNP는 지방산 합성 과정의 두 번째 경로에서 중요한 역할을 하는 SCD 유전자 16가지 SNP 중에서 8가지 SNP(g.
- 이러한 문제점을 보완하기 위해 제안된 방법이 다중인자차원축소(multifactor dimensionality reduction; MDR) 기법으로 본 연구에서는 우수 유전자와 유전자 조합을 선별하기 위해 MDR 기법을 이용한다. 그리고 MDR 기법을 적용하였을 때, SNP 조합 내의 유전자형 빈도가 없거나 적어질 수 있는 것을 보완하기 위해 원데이터를 10배 bootstrapping하여 5,130두를 분석에 이용한다. bootstrapping 방법은 Bias-Corrected accelerate(BCa)이다 (Efron과 Tibshirani, 1993).
- 따라서 본 연구에서는 먼저 유전적 요인과 환경적 요인이 모두 포함된 선형모형을 구축한 다음, 환경적 요인만 제거하여 보정된 경제형질 값을 구한다 (Kim과 Lee, 2015). 그리고 보정된 경제형질 값을 이용하여 우수한 유전자와 유전자의 조합을 선별한다.
- 최근 한우의 경제형질에 영향을 미치는 순수 유전 요인의 효과를 보기 위해 환경 요인의 효과를 보정한 경제형질 값을 이용하여 우수 유전자와 유전자 조합을 선별하는 연구가 진행된 바 있으나 (Kim과 Lee, 2015), 지방산 합성 과정에 영향을 주는 여러 유전자들 중 adipocyte fatty acid binding protein 4(FABP4) 유전자만을 사용했다는 한계점이 있었다. 따라서 본 연구에서는 FABP4 유전자뿐만 아니라 지방산 합성 과정의 두 번째 경로에서 중요한 역할을 하는 stearoyl-CoA desaturase(SCD), sterol regulatory element binding proteins(SREBPs), fatty acid synthase(FASN) 유전자들을 추가로 활용하여 확장 연구를 진행하였다.
- 하지만 한우의 유전자 선별 연구에서는 한우의 경제형질에 영향을 주는 유전적 요인에만 관심이 있으므로 환경요인의 효과에 대한 보정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 먼저 유전적 요인과 환경적 요인이 모두 포함된 선형모형을 구축한 다음, 환경적 요인만 제거하여 보정된 경제형질 값을 구한다 (Kim과 Lee, 2015). 그리고 보정된 경제형질 값을 이용하여 우수한 유전자와 유전자의 조합을 선별한다.
- 본 연구에서는 K-평균군집분석으로 데이터를 이분화 한 후, MDR 기법을 적용하여 SNP들의 각 유전자형을 고 위험군과 저 위험군으로 분류하고 그 오분류율을 계산하여 오분류율이 가장 낮은 단일 SNP와 SNP조합을 찾는다 (Kim과 Lee, 2015).
- 본 연구에서는 한우의 경제형질에 유의한 영향을 미치는 변수로 유전적인 요인인 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism; SNP), 환경적인 요인인 사육농가(farm), 도축일령(age)를 활용한다. 우리는 경제형질에 영향을 미치는 순수 유전적인 요인을 찾는 것이 목적이므로, 환경적인 요인을 제거하여 보정한 새로운 경제형질 값을 구하여 분석한다.
- 본 연구에서는 한우의 경제형질에 유의한 영향을 미치는 변수로 유전적인 요인인 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism; SNP), 환경적인 요인인 사육농가(farm), 도축일령(age)를 활용한다. 우리는 경제형질에 영향을 미치는 순수 유전적인 요인을 찾는 것이 목적이므로, 환경적인 요인을 제거하여 보정한 새로운 경제형질 값을 구하여 분석한다. 따라서, 우리가 사용할 모형식을 나타내면 아래와 같고 사육농가는 l개, SNP는 m개, 한우의 개체 수는 n개이다.
- 우리는 지방합성의 두 가지 경로 중 두 번째 과정에 영향을 미치는 21개의 SNP(SCD, SREBPs, FABP4, FASN)에 초점을 맞추어 한우의 경제형질(C18:1, MUFA, MS, CWT)에 유의한 영향을 미치는 우수한 유전자 조합과 유전자형을 선별하고자 하였다. 데이터는 경북지역 17개의 사육농장에서 얻은 513두의 한우 데이터를 10배 bootstrapping한 5130두를 이용하였다.
대상 데이터
- 우리는 지방합성의 두 가지 경로 중 두 번째 과정에 영향을 미치는 21개의 SNP(SCD, SREBPs, FABP4, FASN)에 초점을 맞추어 한우의 경제형질(C18:1, MUFA, MS, CWT)에 유의한 영향을 미치는 우수한 유전자 조합과 유전자형을 선별하고자 하였다. 데이터는 경북지역 17개의 사육농장에서 얻은 513두의 한우 데이터를 10배 bootstrapping한 5130두를 이용하였다. 먼저 유전적 요인과 환경적 요인이 모두 포함된 선형모형을 구축한 다음, 환경적 요인만 제거하여 보정된 경제형질 값을 구한 뒤, K-평균군집분석 방법으로 이분화 시켜 MDR 기법을 적용하였다.
- 본 연구에 사용된 데이터는 경북지역의 17개의 사육농장에서 얻은 513두의 한우로부터 수집되었다 (Oh 등, 2011). 경제형질는 한우의 맛과 향에 영향을 준다고 알려진 올레인산과 단일불포화지방산, 한우의 품질에 영향을 주는 도체중량, 근내지방도를 분석에 사용하였다.
- K-평균군집분석에 의해 이분화 된 데이터를 MDR 기법을 적용한다. 유전자는 앞서 소개한 총 21개의 SNP를 활용한다. Table 3.
이론/모형
- K-평균군집분석에 의해 이분화 된 데이터를 MDR 기법을 적용한다. 유전자는 앞서 소개한 총 21개의 SNP를 활용한다.
- 따라서, 본 연구에서는 순수 유전요인에 대한 경제형질인 Z를 MDR 기법에 적용하여 우수 유전자를 선별한다.
- bootstrapping 방법은 Bias-Corrected accelerate(BCa)이다 (Efron과 Tibshirani, 1993). 또한, MDR 기법은 이분형 자료에만 적용 가능하므로 경제형질 값을 K-평균군집분석을 이용하여 데이터를 case(1) 집단과 control(0) 집단으로 이분화 시킨 후, MDR에 적용한다.
- 데이터는 경북지역 17개의 사육농장에서 얻은 513두의 한우 데이터를 10배 bootstrapping한 5130두를 이용하였다. 먼저 유전적 요인과 환경적 요인이 모두 포함된 선형모형을 구축한 다음, 환경적 요인만 제거하여 보정된 경제형질 값을 구한 뒤, K-평균군집분석 방법으로 이분화 시켜 MDR 기법을 적용하였다. 그 결과 올레인산과 단일불포화지방산에서는 우수 유전자 조합으로(g.
- 하지만 유전자 수가 늘어남에 따라 모형이 복잡해지고 해석이 어려워진다는 단점이 있었다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 제안된 방법이 다중인자차원축소(multifactor dimensionality reduction; MDR) 기법으로 본 연구에서는 우수 유전자와 유전자 조합을 선별하기 위해 MDR 기법을 이용한다. 그리고 MDR 기법을 적용하였을 때, SNP 조합 내의 유전자형 빈도가 없거나 적어질 수 있는 것을 보완하기 위해 원데이터를 10배 bootstrapping하여 5,130두를 분석에 이용한다.
성능/효과
- G > A) 조합이 가장 우수한 조합으로 선별되었으며, 단일 SNP보다 SNP 조합의 분류정확도가 더 높았다.
- G > A)에서 평균이 430.01인 TTAG, TTGG, CTGG가 우수 유전자형으로 선별되었다.
- G > C)을 조합 내 각각의 단일 SNP와 비교해 보면 SNP 조합의 경우가 t-값이 60.057로 가장 큰 차이를 보이며, 평균이 46.01인 CCCC, CCCG, CCGG, CTCC, TTCC가 우수 유전자형으로 선별되었다.
- 선별한 우수 유전자형이 비우수 유전자형과의 차이가 통계적으로 유의한지를 알아보기 위해 t-검정을 실시한 결과, 모든 SNP 조합에서 우수 유전자형과 비우수 유전자형 간의 차이가 있다고 나타났으며(p < 0.001), 단일 SNP보다 SNP 조합의 경우가 경제형질에 미치는 유전적 영향력이 더 컸다.
- 이처럼 MDR 기법을 이용하여 지방산 합성 경로 중 두 번째 과정에 관여하는 21개의 SNP 유전자 중각 경제형질에 영향을 미치는 우수한 유전자와 유전자형을 선별할 수 있었다. 현재 지방산 합성 경로 두 가지 모두에 관여하는 SCD, SREBPs, PPARγ, FABP4, FASN, LPL 유전자 여섯 종류 모두를 포함하여 한우의 경제형질에 유의한 영향을 미치는 우수한 유전자 조합과 유전자형을 선별하기 위한 연구를 진행 중이다.
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