[논문]단일염기다형성 마커를 이용한 백우 품종 식별 방법

김승창; 김관우; 노희종; 김동교; 김성우; 김찬란; 이상훈; 고응규; 조창연

doi:10.5762/kais.2020.21.1.240

[국내논문] 단일염기다형성 마커를 이용한 백우 품종 식별 방법
Identification of White Hanwoo Breed Using Single Nucleotide Polymorphism Markers 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.1, 2020년, pp.240 - 246

초록
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본 연구는 백우 품종 육성을 위해 분자생물학적 방법을 이용하여 유전적 특성을 파악하고 백우 품종을 식별하기 위한 백우 품종 특이적인 Single Nucleotide Polymorphism (SNP) 마커를 개발하기 위해 수행되었다. 한우 48두와 백우 22두의 혈액에서 추출된 DNA를 이용하여 Illumina Bovine HD 777K SNP chip으로 SNP genotyping을 실시하였다. 각 SNP의 Minor Allele Frequency (MAF) difference (한우와 백우의 차이 절대값)을 계산하고, Fisher's Exact test (Genotype)을 통해 MAF difference의 통계적 유의성(P-value)을 계산하였다. 품종 별 차이를 나타낼 수 있는 마커를 선발기준으로 MAF difference가 100%의 차이를 나타내는 SNP를 식별하였다. 이러한 유전적 차이를 보이는 9개의 단일염기다형성 마커(rs42125585, rs42125591, rs42125833, rs109461720, rs134735704, rs109447299, rs42164846, rs42160000 및 rs137353829)가 선발되었다. 선발된 마커들은 한우와 백우 특이적인 대립유전자를 가지고 서로 다른 대립유전자를 나타내고 있다. 이들 9개의 SNP 마커들을 이용하여 한우와 백우의 품종을 식별할 수 있음을 확인하였고, 이러한 결과들을 바탕으로 백우 품종 식별 마커 특허를 등록하였다. 백우는 원종인 한우에서 분리되어 한국재래종의 특성을 잘 나타내 주는 계통으로, 이러한 백우가 가지고 있는 유전적 특성 연구는 백우를 식별하고 품종으로서 육종하는데 사용되어 종축으로서의 가치 증진을 위한 기반 연구가 될 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to develop specific Single Nucleotide Polymorphism (SNP) markers to identify the genetic characteristics and breed of White Hanwoo (WH) using a molecular biological method. SNP genotyping was performed with an Illumina Bovine HD 777K SNP chip using DNA extracted from 48 Hanwoo and 22 WH. The minor allele frequency (MAF) difference of each SNP was calculated and the statistical significance (P-value) of the MAF difference was calculated through Fisher's Exact test (Genotype). SNPs with 100% difference in the MAF difference were selected based on marker selection criteria. The nine SNP markers with genetic differences were selected. The selected markers have different alleles as being Hanwoo- and WH- specific. Therefore, based on these results, it can be concluded that the Hanwoo and WH varieties can be clearly distinguished by using these SNPs. So, the patent of the WH breed identification markers was registered. WH is a breed that shows the characteristics of a Korean native species that is separate from the native Hanwoo. It is expected that genetic characteristics research on the WH can be used to identify the breed and as a knowledge base for enhancing the value of breeding stock.

Keyword

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Two breeds of Korean native cattle; (a) Hanwoo, (b) White Hanwoo
표 Table 1. Genetic diversity in Hanwoo (HW) and White Hanwoo (WH)
표 Table 2. Information of 9 SNP markers
표 Table 3. Allele genotype of Hanwoo (HW) and White Hanwoo (WH) marker

AI 본문요약
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문제 정의

1% 이상의 빈도로 존재하는 2개의 대립염기서열(bi-allelic) 변이가 발생하는 것을 나타내는 SNP는 비교적 그 빈도가 높고 안정하며 유전체 전체에 분포되어 있고 이것에 의해 개체의 유전적 다양성 이 발생하므로 SNP 마커는 개체간의 유전적 근접성을 알려주는 지표 역할을 할 수 있다. 이 연구의 목적은 백우의 모색이 흰색이라는 특성으로 구별되는 백우의 식별 방법의 한계를 SNP 마커를 이용하여 백우와 한우의 품종을 식별하고자 하는데 있다.

제안 방법

다양한 지역에서 사육되었던 한우 48두와 가축유전자 원센터에서 보존 관리되고 있는 백우 22두의 유전자형을 분석하여 얻어진 777,843개의 SNP 표지인자 중, 분석에 사용되지 않은 125,390개를 제외한 652,453개의 SNP 표지인자를 이용하여 2품종의 유전적 특성을 연구하였다.
본 연구는 FAO의 DAD-IS에 등록된 우리나라 재래소 2품종(한우와 백우)의 특성평가를 위해 유전형질을 조사 하였으며 품종간의 차이가 나타내는 마커를 확인하였다. 9개의 SNP 마커의 대립유전자가 서로 특정 품종에만 존재하고 있는 것으로 조사되었고, 이러한 유전자마커를 이용하여 백우 품종을 식별하는 방법으로 특허(제 10-1985659호)를 등록하였다[20].

대상 데이터

본 실험에 사용된 공시축은 한우와 백우의 유전자원은 국립축산과학원 가축유전자원센터에서 사육 중인 백우 22와 강원도 축산기술연구소, 충북 동물위생시험소 축산시험장 및 전북 동물위생시험소 축산시험장에서 받은 48두의 한우 혈액을 채취하였다. 본 연구의 동물 실험은 국립축산과학원 동물실험윤리위원회의 운영 규정을 준수하 고 승인을 받았다.

데이터처리

05 미만인 SNP을 제거하였고, 중복되는 SNP을 제거하여 최종 분석에 이용한 SNP 마커는 652,453개였다. SNP & Variation Suite 8 (Golden Helix, Bozeman, MT, USA) 소프트 웨어를 이용하여 각 SNP의 MAF difference (한우와 백우의 차이 절대값)을 계산하고, Fisher’s Exact test (Genotype)을 통해 MAF difference의 통계적 유의성 (P-value)을 계산하였다(Table 1).

이론/모형

공시재료로부터 얻은 혈액샘플에서 Wizard Genomic DNA Purification Kit (Promega, Madison, WI, USA)을 이용하여 genomic DNA를 추출하였다. 분광광도계 NanoDrop 1000 (Thermo Scientific, Waltham, MA, USA)으로 gDNA의 농도 측정 후, BovineHD SNP 777K Bead chip (Illumina, SanDiego, CA, USA)으로 유전자형 분석을 실시하였다[13].

성능/효과

각 마커의 대립유전자형은 Table 3에 나타내었고 모두 한 품종에서만 보이는 대립유전자를 나타내고 있다. rs42125585, rs42125591, rs42125833, rs109461720, rs134735704 및 rs137353829에서는 백우의 경우 Adenine nucleotide만 나타나고 한우의 경우 Guanine nucleotide만 나타난다. rs109447299와 rs42160000에서 백우는 Thymine nucleotide, 한우에서는 Cytosine nucleotide만 나타난다.
총 70두의 재래종 소를 대상으로 SNP 분석을 통해, 한우 품종 그룹 및 백우 그룹을 정확하게 구별할 수 있는 9개의 SNP를 확인하였으며, 이들 SNP를 이용하여 한우와 백우의 품종이 확연히 구별되는 것을 확인하였다. 염색체에서 단일염기다형성을 가지는 대립유전자의 다양성과 빈도를 이용하여 한국 재래소 2품종에서 품종에 따른 유전적 차이를 확인하였다.

후속연구

분자유전학적인 기술의 발달로 DNA 마커는 가축의 품종 식별을 위한 중요한 도구로 사용되고 있다[18, 19]. 국제사회에서 각국의 고유품종에 대한 증거로서 분자생물학적 특성평가 자료를 요구하고 있으므로 백우 또한 품종으로서 확립과 고유 품종으로서 인정받기 위해 추가적인 DNA 마커 연구가 필요하다. 현재, 유전자원에 대한 미래 활용가치의 중요성이 더욱 강조됨에 따라 가축 유전자원의 확보, 보존, 관리와 더불어 특성평가 및 활용 등에 더 많은 관심과 노력을 들이고 있다.
가축의 유전적 다양성을 확보하는 것은 축산업의 육종 고도화로 나타날 수 있는 유전적 결함을 보상할 수 있는 유전자원으로서 높은 가치를 지니며, 지속가능한 축산업의 경쟁력을 확보하는 가장 빠른 방법이 되고 있다. 그러므로 희소자원인 백우를 품종으로 확립시키고 개발하기 위해 표현형질 조사연구와 함께 특성규명을 위한 분자생물학적 분석 연구와 유전체간의 비교 분석 연구도 필요할 것으로 판단된다. 본 연구결과는 재래소 유전자원의 효율적인 보존·관리에 활용하고, 백우 연구를 위한 기초자료로 이용될 것이다.

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