[논문]Holstein 젖소의 호흡기 질병 백신에 대한 면역반응성과 전장 유전체 연관 분석 연구

하승민; 이동희; 이상명; 채정일; 서강석

doi:10.7853/kjvs.2019.42.4.217

Holstein 젖소의 호흡기 질병 백신에 대한 면역반응성과 전장 유전체 연관 분석 연구
Genome-wide association study on immune-response for improving healthiness in Holstein dairy cattle 원문보기

韓國家畜衛生學會誌 = Korean journal of veterinary service, v.42 no.4, 2019년, pp.217 - 225

하승민 (농촌진흥청 국립축산과학원) , 이동희 (순천대학교 동물자원과학과) , 이상명 (전북대학교 생명공학부) , 채정일 (전북대학교 치과대학) , 서강석 (순천대학교 동물자원과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

To detect Single nucleotide polymorphisms (SNP) markers associated with Bovine viral diarrhea virus (BVDV) and Bovine respiratory syncytial virus (BRSV) S/P ratio in Korean Holstein dairy cattle, Genome-wide association study (GWAS) was performed using Illumina BovineSNP50 Beadchip. The number of phenotype data and genotype data were 107, and 294. respectively. Phenotype data were collected for four periods (0 week, 1 week, 4 week, 24 week) after having vaccinated (0 week no vaccinated period). A total of 36,257 SNPs was remained after quality control had been done by PLINK. The result of GWAS showed 6 SNP markers (BTB-01704243, BTB-01594395, ARS-BFGL-NGS-118070, ARS-BFGL-NGS-111365, BTA-65410-no-rs, Hapmap38331-BTA-61256) under BVDV and 4 SNP markers (ARS-BFGL-NGS-109861, Hapmap53701-rs29017064, ARS-BFGL-NGS-71055, BTA-11232-no-rs) under BRSV. And also, 10 candidate genes found through 10 SNP markers (TBX18, CEP162, PAFAH1B1, METTL16, BRCA1, RND2, POLK, ENSBTAG00000051724, ADAM18, NRG3).

주제어

표/그림 (12)

표 Table 1. Basic statistics of BVDV and BRSV by blood sampling period
표 Table 2. The correlation of BVDV among blood sampling period
표 Table 3. The correlation of BRSV among blood sampling period
그림 Fig. 1. Manhattan plot of genome-wide SNPs using P-value for BRSV to subtract 0 week from 1 week.
그림 Fig. 2. Q-Q plot of genome-wide SNPs using P-value for BRSV to subtract 0 week from 1 week.
그림 Fig. 3. Manhattan plot of genome-wide SNPs using P-value for BRSV to subtract 0 week from 4 week.
그림 Fig. 4. Q-Q plot of genome-wide SNPs using P-value for BRSV to subtract 0 week from 4 week.
그림 Fig. 5. Manhattan plot of genome-wide SNPs using P-value for BVDV to subtract 0 week from 1 week.
그림 Fig. 6. Q-Q plot of genome-wide SNPs using P-value for BVDV to subtract 0 week from 1 week.
그림 Fig. 7. Manhattan plot of genome-wide SNPs using P-value for BVDV to subtract 0 week from 4 week.
그림 Fig. 8. Q-Q plot of genome-wide SNPs using P-value for BVDV to subtract 0 week from 4 week.
표 Table 4. Association test and ensembly result of SNP markers for BVDV and BRSV in Holstein

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구에서는 Holstein에서 BVDV와 BRSV 백신에 대한 면역형성능력과 전장 유전체 연관 분석을 실시, 관련된 SNP들을 발굴하고 이를 토대로 후보 유전자들을 찾음으로써 향후 젖소의 질병에 대한 저항성을 높이고 강건성 향상에 기여하기 위한 자료를 제시하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 Holstein 젖소 107두를 대상으로 BVDV 의 항체가를 조사하였으며 4회에 걸쳐 혈액 샘플을 채취한 후 0 week에서 1 week까지, 0 week에서 4 week 까지의 변화량에 대해 분석을 시도하였다. 또한 294두의 Holstein으로부터 Illumina BovineSNP50 Beadchip을 이용하여 유전체 정보(유전자형 자료)를 수집하였으며 53,218개의 SNPs에 대해서는 Quality Control를 실시하였으며 제거 후 남은 SNPs 36,257개를 분석에 이용하였다. 기초통계량 분석에서 BVDV는 0 week일 때 0.
본 연구에서는 Holstein 젖소 107두를 대상으로 BVDV 의 항체가를 조사하였으며 4회에 걸쳐 혈액 샘플을 채취한 후 0 week에서 1 week까지, 0 week에서 4 week 까지의 변화량에 대해 분석을 시도하였다. 또한 294두의 Holstein으로부터 Illumina BovineSNP50 Beadchip을 이용하여 유전체 정보(유전자형 자료)를 수집하였으며 53,218개의 SNPs에 대해서는 Quality Control를 실시하였으며 제거 후 남은 SNPs 36,257개를 분석에 이용하였다.

대상 데이터

국내 사육 중이며 2013년부터 2016년까지 태어난 107두의 성우 Holstein에 대해 면역반응 자료를 수집 하였다. 해당 자료를 수집하기 위해 BVDV가 젖소의 수태율이 미치는 영향에 관련된 연구(Muñoz-Zanzi 등, 2004)에서도 활용되었던 Elite-4HS (Boehringer Ingelheim) 백신을 사용하였다.
국내 사육 중이며 2013년부터 2016년까지 태어난 107두의 성우 Holstein에 대해 면역반응 자료를 수집 하였다. 해당 자료를 수집하기 위해 BVDV가 젖소의 수태율이 미치는 영향에 관련된 연구(Muñoz-Zanzi 등, 2004)에서도 활용되었던 Elite-4HS (Boehringer Ingelheim) 백신을 사용하였다. Elite-4HS는 BVDV와 BRSV를 포함하는 5종의 혼합 백신(Infectious bovine Rhinotracheitis virus; Bovine viral Diarrhea type 1; Myxovirus parainfluenza 3 virus; Bovine respiratory syncytial virus; Histophilus somnus)으로 이를 5 mL 근육 주사 후 해당 개체로부터 혈액 샘플을 채취하였다.

데이터처리

, 2015)를 이용하여 기초통계 분석과 상관분석을 실시하였다. 기초통계량 분석은 각 혈액 시기에 대해 Procedure Means를 이용하여 나타내었다. 상관분석의 경우 Pearson의 상관분석 방법을 이용하기 위해 Procedure Corr를 이용하여 분석을 진행하였다.
기초통계량 분석은 각 혈액 시기에 대해 Procedure Means를 이용하여 나타내었다. 상관분석의 경우 Pearson의 상관분석 방법을 이용하기 위해 Procedure Corr를 이용하여 분석을 진행하였다.

성능/효과

534로 가장 높게 나타났다. BRSV의 경우 0 week (0.61± 0.301) 때 가장 낮았으며 4 week (0.82±0.178) 일 때 가장 높았다. 상관분석에서 혈액 채취시기에 상관없이 모두 높은 양의 상관관계를 나타내었으며 모두 고도의 유의성(＜0.
또한 294두의 Holstein으로부터 Illumina BovineSNP50 Beadchip을 이용하여 유전체 정보(유전자형 자료)를 수집하였으며 53,218개의 SNPs에 대해서는 Quality Control를 실시하였으며 제거 후 남은 SNPs 36,257개를 분석에 이용하였다. 기초통계량 분석에서 BVDV는 0 week일 때 0.57±0.378로 가장 낮게 나타났으며 24 week 일 때 0.78± 0.534로 가장 높게 나타났다. BRSV의 경우 0 week (0.
전장 유전체 연관 분석을 실시한 결과 BVDV는 6개의(BTB-01704243, BTB-01594395, ARS-BFGL-NGS-118070, ARS-BFGL-NGS-111365, BTA-65410-no-rs, Hapmap38331-BTA-61256), BRSV는 4개의 SNP marker (ARS-BFGL-NGS-109861, Hapmap53701-rs29017064, ARS-BFGL-NGS-71055, BTA-11232-no-rs)들이 발굴이 되었다. 또한 이 SNPs에 대해 ensemble을 실시한 결과 TBX18, CEP162, PAFAH1B1, METTL16, BRCA1, RND2, POLK, ENSBTAG00000051724, ADAM18, NRG3와 같은 해당 위치 또는 근접한 위치에서의 후보 유전자들을 찾을 수 있었다.

후속연구

4%만이 다름에도 서로 다른 발달 양상을 나타내며 이는 유전자들의 발현 양상이 종에 따라 다르게 나타난다고 언급했듯이, 다른 종에서 강건성과 상관이 없는 유전자가 Holstein에서는 강건성을 높이는 역할을 할 수도 있다. 따라서 발굴된 후보 유전자들을 통해 앞으로의 Holstein의 강건성을 향상시키는데 필요한 연구 지표를 제시할 수 있을 것이라 생각 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	BRCA1 gene은 인간과 소에게 어떤 영향을 주는가?	BRCA1 gene의 경우 인간에게 있어 유방암 발생을 막는 유전자로 알려져 있으며 유방암의 면역인자로서 작용한다는 보고가 있었으며(Rosen 등, 2003), Chinese commercial cattle에서 BRCA1 유전자를 소의 유방염 저항성을 개선하는데 사용가능하다는 연구가 있었다 (Yuan 등, 2012). RND2의 경우 신경계 쪽에서 작용하는 유전자로 뉴런 이동의 조절에 관여하며(Heng 등, 2008), POLK gene의 경우 손상된 DNA에서 polymerase와 연관이 있으며(Dai 등, 2016), ADAM18 gene의경우 BRCA1 gene과 마찬가지로 유방암에 대한 높은 상관관계를 가진다(Dai 등, 2016)와 같은 후보 유전자들에 대한 관련 연구들을 찾을 수 있었다.
	Elite-4HS이란 무엇인가?	백신을 사용하였다. Elite-4HS는 BVDV와 BRSV를 포함하는 5종의 혼합 백신(Infectious bovine Rhinotracheitis virus; Bovine viral Diarrhea type 1; Myxovirus parainfluenza 3 virus; Bovine respiratory syncytial virus; Histophilus somnus)으로 이를 5 mL 근육 주사 후 해당 개체로부터 혈액 샘플을 채취하였다. 혈액 채취는 4회에 걸쳐 진행되었으며 채취 시기는 백신 투여 전(0 week), 백신 투여 후 1주 후(1 week), 4주 후(4 week), 24주 후 (24 week)에 실시하였다.
	BVD에 대한 다른 대처 방안과 관련 기술은 무엇이 있는가?	그 대처 방안 중 하나로 질병에 대한 저항성에 대한 유전적 능력을 찾는 방향이 제시되고 있다. 유전적 능력을 개량함으로써 근본적으로 질병에 대한 저항성 즉 강건성을 향상시키고자 하는 것이다. 다만 이것을 위해서는 먼저 관련된 유전자에 대해서 파악할 필요가 있다. 이는 본래 어려운 문제였으나 최근 단일 염기 다형성(Single nucleotide polymorphism; SNP)과 같은 Marker를 이용한 유전체 분석이 가능해지고 컴퓨터 프로그램을 이용한 전장 유전체 연관분석(Genomewide association study; GWAS)이 가능해지면서 다양한 질병들에 대해 시도되고 있다. 국내에서는 Holstein 에서 산후 자궁염, 유방염 등을 유발하는 원인인 Ketosis의 지표 형질들에 대해 전장 유전체 연관 분석이 실시된 바가 있으며(이, 2017), 최근 해외에서도 ChineseHolstein에서 소 요네병의 원인균(Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis)과의 전장 유전체 연관 분석에 대한 연구(Gao 등, 2018)가 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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