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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 포항에서 사육되고 있는 한국 재래 흑염소 집단을 대상으로 초위성체 마커의 유전자형을 분석하고, 외래 품종인 보어종과의 유연관계 및 유전적 다양성 분석을 통해, 외래 품종과의 유전적 차별화 및 우리나라 고유의 가축 유전자원으로서 한국 재래 흑염소의 보존에 필요한 과학적 기초 자료를 제시하고자 한다.
- 또한, 한국 재래 흑염소는 1963년부터 외래 유용종인 자넨종(Saanen)과 누진교배가 이루어졌고, 90년대 이후 수입이 허용된 육용종과도 무분별한 교잡이 이루어졌으며, 그 결과 순수 재래 염소보다 교잡종이 많이 사육되고 있다(Chung, 2002; Suh 등, 2012). 따라서, 본 연구에서는 한국 재래 흑염소 집단을 대상으로 초위성체 마커의 유전적 다양성을 분석하고, 뉴질랜드에서 수입된 보어 집단과의 유연관계를 분석하였다.
- 본 연구의 목적은 한국 재래 흑염소의 유전자원을 보존하기 위해 이들의 유전적 다양성 및 유연관계를 분석하는데 있다. 따라서 11종의 초위성체 마커를 이용하여 대립유전자형을 분석하였고, 분석결과를 토대로 한국 재래 흑염소(58두)의 유전적 다양성 및 외래 품종인 보어종(97두)과의 유연관계를 분석하였다.
제안 방법
- 11종 초위성체마커의 대립유전자의 빈도를 기반으로 집단별 주성분분석을 실시하였다(Fig. 1). 분석 결과, 제 1성분의 분산치는 81.
- MS Toolkit v 3.0 (Park, 2001)을 사용하여 대립유전자 수(No. of Allele), 기대이형접합도(Hexp ; expected heterozygosity), 관측이형접합도(Hobs ; observed heterozygosity) 및 다형성정보지수(PIC; polymorphism information content)을 확인하였다. 집단 간 유전적 상관관계를 확인하기 위해서 주성분분석(PCoA;principal components analysis) 및 요인대응분석(FCA; factorial components analysis)을 각각 GenAlEx 6.
- Multiplex PCR 증폭은 GeneAmp®PCR system 9700 (Applied BiosystemTM, USA)을 사용하였으며, 반응액은 Genomic DNA (20-50 ng/mL) 2 uL, 11종의 primer Forward와 Reverse 각각 0.5 uL, Hot start Taq DNA 중합효소(Genetbio, Korea) 0.8 uL, 10 mM dNTPs 2.5 uL를 첨가한 후, D.W를 이용하여 총 30 uL로 조성하였다.
- W를 이용하여 총 30 uL로 조성하였다. PCR 조건은 95℃에서 15분간 Pre-denaturation을 실시한 뒤 94℃에서 1분, Annealing Temperature를 58℃에서 1℃씩 총 3회를 내려가며 각각 1분 30초, 72℃ 1분을 1 cycle로 하여 총 35 cycles의 Touch-down PCR을 진행하였고, 65℃에서 1시간 Final-extension 한 뒤 4℃로 종료하였다.
- 공시재료를 대상으로 11종의 초위성체 마커에 대한 기대이형접합도, 관측이형접합도 및 다형성정보지수를 계산하였다(Table 4). 본 연구 결과, 기대이형접합도와 관측이형접합도의 평균값은 재래 흑염소 집단이 0.
- C에서 2분간 heating시켜 변성이 일어나게 하고, 변성 상태를 유지시키기 위하여 icing 얼음에 보관한다. 그 후, ABI 3730 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, USA)를 통해 모세관 전기영동 실시 후, Genemapper 4.0을 이용하여 11종의 초위성체 마커의 대립유전자 크기를 결정하였다. 분석 후 데이터는 Microsoft Excel Program (Microsoft, ver.
- 본 연구의 목적은 한국 재래 흑염소의 유전자원을 보존하기 위해 이들의 유전적 다양성 및 유연관계를 분석하는데 있다. 따라서 11종의 초위성체 마커를 이용하여 대립유전자형을 분석하였고, 분석결과를 토대로 한국 재래 흑염소(58두)의 유전적 다양성 및 외래 품종인 보어종(97두)과의 유연관계를 분석하였다. 분자 유전학적 특성을 평가하기 위해 11개 초위성체 마커(MAF065, INRA063, CSRD247, OarFCB20, SRCRSP5, INRA006, ILSTS008, ILSTS011, INRA005, ILSTS087, SRCRSP8)의 대립 유전자형을 분석하였으며, 그 결과를 토대로 유전적 다양성 지수들을 산출하였다.
- 따라서 11종의 초위성체 마커를 이용하여 대립유전자형을 분석하였고, 분석결과를 토대로 한국 재래 흑염소(58두)의 유전적 다양성 및 외래 품종인 보어종(97두)과의 유연관계를 분석하였다. 분자 유전학적 특성을 평가하기 위해 11개 초위성체 마커(MAF065, INRA063, CSRD247, OarFCB20, SRCRSP5, INRA006, ILSTS008, ILSTS011, INRA005, ILSTS087, SRCRSP8)의 대립 유전자형을 분석하였으며, 그 결과를 토대로 유전적 다양성 지수들을 산출하였다. 한국 재래 흑염소 집단의 대립유전자 수는 한 좌위에서 3개부터 10개까지 평균 6.
- of Allele), 기대이형접합도(Hexp ; expected heterozygosity), 관측이형접합도(Hobs ; observed heterozygosity) 및 다형성정보지수(PIC; polymorphism information content)을 확인하였다. 집단 간 유전적 상관관계를 확인하기 위해서 주성분분석(PCoA;principal components analysis) 및 요인대응분석(FCA; factorial components analysis)을 각각 GenAlEx 6.4 (Peakall와 Smouse, 2006)와 Genetix (Belkhir 등, 2004)를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 포항의 한 농가에서 사육중인 한국 재래 흑염소 58두와 7개 농가에서 사육중인 뉴질랜드산 보어(Boer) 97두를 공시하여 분석에 이용하였다(Table 1). 공시재료의 혈액으로부터의 DNA 추출은 QuickGene SP kit DNA whole blood(KURABO, Japan)를 사용하였다. 본 연구에 사용된 초위성체 마커는 국제동물유전학회(ISAG: International Society for Animal Genetics)에서 권고하는 마커 중 11개의 마커(MAF065, INRA063, CSRD247, OarFCB20, SRCRSP5, INRA006, ILSTS008, ILSTS011, INRA005, ILSTS087, SRCRSP8)를 이용하였다(Table 2).
- 본 연구에 사용된 초위성체 마커는 국제동물유전학회(ISAG: International Society for Animal Genetics)에서 권고하는 마커 중 11개의 마커(MAF065, INRA063, CSRD247, OarFCB20, SRCRSP5, INRA006, ILSTS008, ILSTS011, INRA005, ILSTS087, SRCRSP8)를 이용하였다(Table 2).
- 본 연구에서는 포항의 한 농가에서 사육중인 한국 재래 흑염소 58두와 7개 농가에서 사육중인 뉴질랜드산 보어(Boer) 97두를 공시하여 분석에 이용하였다(Table 1). 공시재료의 혈액으로부터의 DNA 추출은 QuickGene SP kit DNA whole blood(KURABO, Japan)를 사용하였다.
데이터처리
- 0을 이용하여 11종의 초위성체 마커의 대립유전자 크기를 결정하였다. 분석 후 데이터는 Microsoft Excel Program (Microsoft, ver. 2013, USA)을 이용하여 정리하였다.
성능/효과
- 11종의 초위성체 마커로 대립유전자 수를 분석한 결과, 총 81개의 대립유전자가 확인되었고, 이 중 집단-특이 대립유전자가 재래 흑염소 집단에서는 25개, 보어 집단에서는 6개로 관찰되었다. 당진, 장수, 통영 지역의 재래 염소를 분석한 Suh 등(2012)의 보고에 의하면, 마커에 따라서 대립유전자 수와 집단-특이 대립유전자의 수가 집단 별로 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 외래 품종인 에디오피아, 알바니아 및 인도 재래 염소에서도 대립유전자의 수는 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(Rout 등, 2008; Hoda 등, 2011; Hassen 등, 2012).
- 517로 가장 낮은 관측이형접합도가 관찰되었다. 그리고 INRA006 좌위(0.860과 0.948)에서 재래 흑염소 집단의 이형접합도가 가장 높은 것으로 확인되었다.
- 그리고, 재래 염소 집단과 농가집단이 분리가 일어나기는 하지만, 농가집단이 외래 집단보다는 재래 염소 집단과 더 가까운 것으로 확인되었다.
- 9%)가 집단-특이 대립유전자로, 재래 흑염소 집단에서 19개, 보어 집단에서 6개가 확인되었다. 그리고, 재래흑염소 집단에서는 3개(INRA005)에서 10개(SRCRSP8)까지 평균 6.8개의 대립유전자가 나타났고, 보어 집단에서는 3개(INRA005)에서 9개(SRCRSP5)까지 평균 5.6개의 대립유전자가 나타났다.
- 다형성정보지수 평균값 역시 한국 재래 흑염소 집단이 0.718로 보어 집단(0.545)보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 재래 흑염소 집단에서는 INRA005 좌위에서 0.
- 258에 비해 현저히 높은 값으로 관찰되었다. 또한 ILSTS087 좌위에서 보어 집단이 가장 낮은 이형접합도를 보인 반면, 재래 흑염소 집단은 INRA005 좌위에서 0.551로 가장 낮은 기대 이형접합도를, ILSTS008 좌위에서 0.517로 가장 낮은 관측이형접합도가 관찰되었다. 그리고 INRA006 좌위(0.
- 354)은 본 연구결과와 근소한 차이를 보였다. 또한, 전체적으로 당진, 장수, 통영 집단에 비해 본 연구 결과에 사용된 재래 흑염소 집단이 비교적 높은 수치로 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
- 제 1성분의 분산치에 의해 재래 흑염소 집단(KOR)은 보어(NZD) 집단으로부터 분리되어 있는 것을 뚜렷하게 확인할 수 있었다. 또한, 제 2성분 분산치에 의해 두 번째 농가에서 사육한 보어 집단(NZD-2)이 다른 6농가의 보어 집단들로부터 분리되어 있는 것을 확인할 수 있었고, 그 외 6농가의 보어 집단은 군집을 형성한 것으로 확인되었다(Fig. 1).
- 835로 가장 높은 값이 나타났다. 보어 집단에서는 ILSTS087 좌위에서 0.249로 가장 낮은 값이, INRA006 좌위에서0.686으로 가장 높은 값이 나타나는 것으로 확인되었다.
- 공시재료를 대상으로 11종의 초위성체 마커에 대한 기대이형접합도, 관측이형접합도 및 다형성정보지수를 계산하였다(Table 4). 본 연구 결과, 기대이형접합도와 관측이형접합도의 평균값은 재래 흑염소 집단이 0.763과 0.754, 보어 집단은 0.594와 0.581로 재래 흑염소 집단의 이형접합도의 평균값이 높은 것으로 확인되었다. 전체적으로 동일한 좌위에서 재래 흑염소 집단이 보어 집단에 비해 높은 값을 보였으며, 특히 ILSTS087 좌위에서는 기대이형접합도와 관측이형접합도가 재래 흑염소 집단에서 0.
- 5 이상이면 마커의 다형성이 높아서, 품종의 유전적 다양성 및 유연관계 분석 등 유전적 분석에 활용이 가능할 것으로 보고되어있다(Bostein 등, 1980). 본 연구에서는 재래 염소 집단을 대상으로 분석한 결과, INRA005를 제외하고는 10종의 마커에서 기대이형접합도와 다형성정보지수가 각각 0.6과 0.5 이상으로 나타났다. 따라서, 염소의 유전적 다양성 분석 및 유연관계 분석에 활용이 가능할 것으로 사료된다.
- 1). 분석 결과, 제 1성분의 분산치는 81.18%, 제 2성분의 분산치는 14.92%, 제 3성분의 분산치는 3.47%로 총 분산치는 99.58%로 확인되었다. 제 1성분의 분산치에 의해 재래 흑염소 집단(KOR)은 보어(NZD) 집단으로부터 분리되어 있는 것을 뚜렷하게 확인할 수 있었다.
- 당진, 장수, 통영 지역의 재래 염소를 분석한 Suh 등(2012)의 보고에 의하면, 마커에 따라서 대립유전자 수와 집단-특이 대립유전자의 수가 집단 별로 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 외래 품종인 에디오피아, 알바니아 및 인도 재래 염소에서도 대립유전자의 수는 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(Rout 등, 2008; Hoda 등, 2011; Hassen 등, 2012). 이와 같은 결과를 통해서 염소 품종에 따라 특정 마커의 대립유전자의 특성이 다양하게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 한국 재래 염소는 지역별 집단 별로도 다양한 양상이 나타나는 것으로 사료된다.
- 545)보다 높은 것을 확인할 수 있었다. 재래 흑염소 집단에서는 INRA005 좌위에서 0.464로 가장 낮은 값을 보였고, INRA006 좌위에서 0.835로 가장 높은 값이 나타났다. 보어 집단에서는 ILSTS087 좌위에서 0.
- 재래 흑염소 집단의 기대이형접합도와 다형성정보지수는 INRA006 좌위에서 0.860과 0.835로 가장 높은 수치를 보였고, INRA005 좌위에서 0.551과 0.464로 가장 낮은 수치를 보였다. Suh 등(2012)의 연구에서 INRA005 좌위 분석 결과에 따르면, 당진 집단의 경우 0.
- 한국 재래 흑염소 58두와 뉴질랜드에서 수입된 보어종 97두를 대상으로 11개의 초위성체 마커로 분석한 결과, 각 좌위에서 나타나는 대립유전자의 수를 Table 3에 제시하였다. 전체 81개의 대립유전자가 확인되었고, 그 중 25개(30.9%)가 집단-특이 대립유전자로, 재래 흑염소 집단에서 19개, 보어 집단에서 6개가 확인되었다. 그리고, 재래흑염소 집단에서는 3개(INRA005)에서 10개(SRCRSP8)까지 평균 6.
- 581로 재래 흑염소 집단의 이형접합도의 평균값이 높은 것으로 확인되었다. 전체적으로 동일한 좌위에서 재래 흑염소 집단이 보어 집단에 비해 높은 값을 보였으며, 특히 ILSTS087 좌위에서는 기대이형접합도와 관측이형접합도가 재래 흑염소 집단에서 0.826과 0.852로, 보어 집단의 0.267과 0.258에 비해 현저히 높은 값으로 관찰되었다. 또한 ILSTS087 좌위에서 보어 집단이 가장 낮은 이형접합도를 보인 반면, 재래 흑염소 집단은 INRA005 좌위에서 0.
- 58%로 확인되었다. 제 1성분의 분산치에 의해 재래 흑염소 집단(KOR)은 보어(NZD) 집단으로부터 분리되어 있는 것을 뚜렷하게 확인할 수 있었다. 또한, 제 2성분 분산치에 의해 두 번째 농가에서 사육한 보어 집단(NZD-2)이 다른 6농가의 보어 집단들로부터 분리되어 있는 것을 확인할 수 있었고, 그 외 6농가의 보어 집단은 군집을 형성한 것으로 확인되었다(Fig.
- 주성분 분석을 3차원 좌표 분석한 요인대응분석 결과 총 분산치는 62.31% (제 1성분 분산치, 23.55%; 제 2성분 분산치, 22.74%; 제 3성분 분산치, 16.02%)로 나타났고, 각각의 품종이 서로 다른 군집을 형성하는 것으로 확인되었다(Fig. 2).
- 품종별 유전적 거리를 확인하기 위하여 실시한 주성분분석(PCoA)과 요인대응분석(FCA) 결과, 한국 재래 흑염소 집단과 보어 집단은 뚜렷하게 분류되는 것으로 확인되었다. Suh (2014)의 보고에 따르면, 재래 염소 집단(당진, 장수 및 통영), 전남과 경북 지역에서 사육되고 있는 농가집단과 외래집단(자넨종, 토겐버그; Toggenburg)이 3집단으로 분리되는 결과를 보여주고 있다.
- 품종별 유전적 거리를 확인하기 위하여 실시한 주성분분석(PCoA)과 요인대응분석(FCA) 결과, 한국 재래 흑염소 집단과 보어 집단은 뚜렷하게 분류되는 것으로 확인되었다. Suh (2014)의 보고에 따르면, 재래 염소 집단(당진, 장수 및 통영), 전남과 경북 지역에서 사육되고 있는 농가집단과 외래집단(자넨종, 토겐버그; Toggenburg)이 3집단으로 분리되는 결과를 보여주고 있다.
- 분자 유전학적 특성을 평가하기 위해 11개 초위성체 마커(MAF065, INRA063, CSRD247, OarFCB20, SRCRSP5, INRA006, ILSTS008, ILSTS011, INRA005, ILSTS087, SRCRSP8)의 대립 유전자형을 분석하였으며, 그 결과를 토대로 유전적 다양성 지수들을 산출하였다. 한국 재래 흑염소 집단의 대립유전자 수는 한 좌위에서 3개부터 10개까지 평균 6.8개의 대립유전자형이 확인되었으며, 품종별 평균 기대이형접합도(Hexp)는 0.551-0.860, 관측이형접합도(Hobs)는 0.517-0.948 그리고 다형정보지수(PIC)는 0.464-0.835의 범위를 보였다. 품종별 유전적 거리를 확인하기 위하여 실시한 주성분분석(PCoA)과 요인대응분석(FCA) 결과 한국 재래 흑염소 집단과 보어 집단은 뚜렷하게 분류되는 것으로 확인되었다.
후속연구
- 이와 같은 연구결과는, 본 연구에 사용된 재래 흑염소 집단이 외래 품종인 보어 집단과 유전적으로 다른 집단이라는 것을 뒷받침 해주는 증거이지만, 좀 더 명확한 재래 염소 집단의 기원과 타 품종과의 유연관계 분석을 위해 더 다양한 품종과의 추가 분석이 필요할 것으로 사료된다. 그리고, 본 연구는 염소 품종을 가축유전 자원으로써 중요한 자원으로 인식하고 재래 흑염소와 타 품종 간의 유전적 차별화 및 순수성 보존, 유전능력 개량에 있어 기초 자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
- 품종별 유전적 거리를 확인하기 위하여 실시한 주성분분석(PCoA)과 요인대응분석(FCA) 결과 한국 재래 흑염소 집단과 보어 집단은 뚜렷하게 분류되는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 연구 결과는 한국 재래 흑염소의 유전적 고유성 및 유전자원 보존에 있어 기초자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
- 5 이상으로 나타났다. 따라서, 염소의 유전적 다양성 분석 및 유연관계 분석에 활용이 가능할 것으로 사료된다.
- 이와 같은 연구결과는, 본 연구에 사용된 재래 흑염소 집단이 외래 품종인 보어 집단과 유전적으로 다른 집단이라는 것을 뒷받침 해주는 증거이지만, 좀 더 명확한 재래 염소 집단의 기원과 타 품종과의 유연관계 분석을 위해 더 다양한 품종과의 추가 분석이 필요할 것으로 사료된다. 그리고, 본 연구는 염소 품종을 가축유전 자원으로써 중요한 자원으로 인식하고 재래 흑염소와 타 품종 간의 유전적 차별화 및 순수성 보존, 유전능력 개량에 있어 기초 자료로 활용 가능할 것으로 사료된다.
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