초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
□ 한우 고밀도스닙칩(50K 및 777K)을 활용한 유전적 조성 및 특성분석
○ 한우 700K 데이터를 이용한 유전적 다양성 분석
- 한우 참조집단에 대한 유전자형 결정된 자료를 이용하여 집단의 유전적 조성 및 특성분석을 수행하였다. 한우집단의 유전적 다양성을 분석하기 위하여, 기 유전자형 결정된 외국 품종(10개품종, 유럽, 아시아, 호주)의 50K SNP 칩 데이터와 한우 700K 칩 데이터를 공유하여 STRUCTURE 분석을 수행하였다. 총 11개 품종 (유러피언 bos taurus 5품종;

Ⅳ. 연구개발결과
□ 한우 고밀도스닙칩(50K 및 777K)을 활용한 유전적 조성 및 특성분석
○ 한우 700K 데이터를 이용한 유전적 다양성 분석
- 한우 참조집단에 대한 유전자형 결정된 자료를 이용하여 집단의 유전적 조성 및 특성분석을 수행하였다. 한우집단의 유전적 다양성을 분석하기 위하여, 기 유전자형 결정된 외국 품종(10개품종, 유럽, 아시아, 호주)의 50K SNP 칩 데이터와 한우 700K 칩 데이터를 공유하여 STRUCTURE 분석을 수행하였다. 총 11개 품종 (유러피언 bos taurus 5품종; 헤어포드, 앵거스, 홀스타인, 리무진, 브라운스위스, 아시안 bos taurus 5 품종; 한우, 칡소, 제주흑우, 연변우, 조선우 그리고, bos indicus, 브라만)에 대한 유전적 다양성 분석결과, 한우가 포함된 아시안 bos taurus는 유러피언 품종 및 브라만 품종과 독립적 유전적 조성을 가진 것으로 분석되었다. 특히, 유러피언, 아시안 품종은 약 20%정도의 유전적 조성을 브라만 품종과 공유하는 것으로 분석되었다. 아울러, 한우가 포함된 아시안 품종과 유러피언 bos taurus는 약 40%정도 유전적 조성을 공유하는 것으로 분석되었다. 또한, 한우의 일부 개체, 연변우, 조선우의 개체에서 유러피언 bos taurus에 많이 분포하고 있는 대립유전자가 많이 혼입되어 있는 것으로 분석되었다
○ Wright’s F-statistics를 이용한 한우 참조집단 Sire 가계내 유전적 분지
- 한우 참조집단의 혈통정보를 기반으로 각 Sire 가계의 유전적 분지를 확인하기 위하여, Sire 가계별로 Wright’s F-statistics 분석을 수행하였다. 한우 참조집단 500여두에 대하여 총 65개의 Sire가계를 확인하였고, 각 Sire 가계에 속한 개체(평균 5-10개체)의 유전자형을 이용하여 Wright’s F-statistics를 계산하였다. 계산된 F-statistics 통계량을 이용하여, matrix를 설정한 후, UPGMA 및 NJ 알고리듬을 이용하여, phylogenetic tree를 구하였다. Fst기반 UPGMA Phylogenetic tree에서는 한우의 origin을 기점으로 먼 과거로부터 genetic progress가 진행됨에 따라, 각 sire 가계가 분지되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, Fst 기반 NJ phylogenetic tree에서는 비교적 가까운 시기에 sire 가계의 유전적 분지가 이루어지는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과는, 한우 육종프로그램이 진행되어 오면서, 각 sire 가계별로 형질별 유전적 분지가 형성되는 것은 아마도 형질관 연관된 QTL 변이가 형성되었음을 의미한다.
□ 고밀도 SNP chip(50K 및 777K)을 활용한 형질관련 LD마커 개발
○ 한우 참조집단의 도체 및 성장형질간 유전모수 추정(유전력 및 유전상관)
- 한우 참조집단의 기초통계량 분석결과, 도체중의 평균값은 356.2 kg이었고, 표준편차 37.7 kg, 등심단면적은 평균 81.1 cm² 표준편차 8.1 cm² 이었다. 지방형질에서는, 등지방두께는 평균 8.9 mm, 그리고 표준편차 3.6 mm 였으며, 근내지방도는 평균 3.1 이었고, 표준편차 1.5로 나타났다. 700K SNP chip으로 유전자형이 결정된 개체들은, 도체중 평균 355.7 kg이었으며, 등심단면적은 82.7 cm², 등근내지방도 3.04 그리고 등지방두께는 8.12로 50K chip으로 유전자형 결정된 개체들과 유사하였다. 전장유전체연관분석에서 검출된 통계적으로 유의한 유전변이에 대하여 현장 실용마커를 개발하기 위하여 도축장에서 거세우 상용축을 자료를 수집하였다. 도체중 평균은 415kg 이었고, 등심단면적은 87cm² 그리고, 근내지방도 평균은 4.5로 후대검정집단보다 높은 성적을 보였다.
○ 고밀도 SNP chip(50K 및 700K)을 이용한 도체형질 전장 유전체 연관분석
- 전장 유전체 연관분석은 각 도체형질을 종속변수로 하고, SNP을 공변이로 설정하였고, 본 연구에 사용된 개체의 혈통정보를 이용하여 작성된 혈연관계행렬을 임의 효과로 설정한 개체모형을 이용하여 수행하였다. 전장 유전체 연관분석을 수행한 후, 통계분석에 사용된 각 SNP의 염색체, 위치정보 및 통계분석에서 도출된 P-value를 이용하여 Manhattan Plot을 그렸다. 또한 32,696개의 SNP을 반복하여 통계분석을 수행하면서 발생한 False positive를 제어하기 위하여 Bonferroni correction(P=1.5×10^-6)에 따라서, P-value 역치를 1.5×10^-6으로 설정하였다. 도체중에서 전장유전체연관분석을 수행한 결과, 소 염색체 14번에서 매우 유의적인 QTL 영역을 검출 하였다. 또한 Figure 14에서 보는바와 같이 700K chip을 이용한 전장 유전체연관분석에서도 50K chip 결과와 유사한 결과를 얻었다. 즉, 두 분석에서 도체중에서 매우 유의적인 QTL 영역은 염색체 14번 23-24Mb 영역으로 일본 흑모화우, 헤어포드×저어지 교잡종에서 성장, 도체중 및 체형과 관련한 QTL이 검출된 지역이었다.
- 전장 유전체 연관분석을 수행한 후, 각 SNP들 중 P=0.001의 threshold를 만족하는 SNP에 대해서 각 SNP가 가지고 있는 상가적유전분산을 추정한 결과, 염색체 14번을 제외한 모든 영역에서 2-4%의 유전분산을 보이고 있어고, 염색체 14번 23-24Mb 영역에서는 한우 도체중에 있어서 전체 유전분산대비 12%의 상가적 유전분산을 설명하고 있었다. 이러한 QTL 영역은 향후, 원인유전자 및 원인변이 (causal mutation)을 검출하여 마커도움선발(marker assisted selection; MAS)과 같은 통계모델을 설정하는데 매우 유용할 것으로 사료된다.
□ 고밀도 스닙칩을 활용한 유전체선발 모델 개발 및 평가
○ 한우 참조집단 50K 자료를 이용한 GBLUP 모델 설정
- 한우 참조집단(후대검정우 39차-49차, n=1,011)의 50K 유전자형 자료 및 48차 및 49차의 후대의 아비로 구성된 후보종모우 70두를 제 1선발집단으로 구성하였다. 아울러 한우시험장에서 추진하고 있는 계통조성축 236두에 대하여 제 2선발집단으로 구성하여 참조집단과 선발집단간의 혈연관계에 따른 육종가의 정확도를 추정하였다. 따라서, 총 1,317두를 이용하여 1차 GRM을 설정하였으나, 혈통오류로 확인된 28두를 제거하고, 1,289두에 대하여 GRM을 설정하였다. GRM은 VanRaden이 제시한 수식을 기본적으로 이용하였으며, VanRaden의 GRM을 약간씩 수정한 GM과 GD등 3개의 GRM 행렬을 설정하였다.
- 3개의 GRM matrices를 이용하여 제1선발집단 및 제2선발집단에 대하여 추정한 육종가의 정확도는, Table 19에서 보는바와 같이, 참조집단과 혈연관계가 매우 약한 한우시험장 계통축(n=236)두의 정확도는 GOF에서 0.28, GM에서는 0.49로 매우 높았고, 그리고 GD matrix에서는 0.3으로 나타났다. 또한 참조집단과 25-50%의 혈연관계를 보이고 있는 제2선발집단(후보종모우, n=70)에 대하여는 GOF에서는 0.61, GM matrix에서는 0.64 그리고, GD matrix에서는 0.63으로 매우 높은 육종가의 정확도를 보였다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때, 한우시험장 계통축과 같이 참조집단과 혈연관계가 매우 낮은 축군(암소축군)에 대하여도, 유전체정보를 활용하여 혈연관계행렬을 설정하였을 때, 30%이상의 정확도를 보이는 것은 현재 혈통지수만을 설정하여 육종가를 추정하는 방법에서 보이는 10-20%의 정확도보다 약 10%를 상회하는 것으로 분석되었다. 아울러, 참조집단과 혈연관계가 높은 개체를 선발시, 표현형정보가 없이, 유전자형정보만을 이용하였을 때, 60%를 상회하는 정확도를 보이는 것은 향후, 이러한 유전체선발기술이 당대검정용 후보씨수소를 선발할 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼

Hanwoo (Korean cattle) is the native, taurine type of cattle breed of Korea and its history as a draft animal dates back to 5000 Years. In earlier times Hanwoo was used extensively for farming, transportation. Over the period of time, Hanwoo has changed to be meat type cattle. Full-scale production

Hanwoo (Korean cattle) is the native, taurine type of cattle breed of Korea and its history as a draft animal dates back to 5000 Years. In earlier times Hanwoo was used extensively for farming, transportation. Over the period of time, Hanwoo has changed to be meat type cattle. Full-scale production of Hanwoo as meat-type cattle has occurred since 1960s with the rapid growth of the Korean economy. Hanwoo is one of the most economically important species in Korea as it is a significant source of nutrition to the Korean people. Hanwoo beef is the most cherished food of Korea. One of the main goals of researchers is to increase the meat quality, quantity and taste of the beef. This genome-wide association study (GWAS) was conducted to identify major loci that are significantly associated with carcass weight, and their effects, in order to provide increased understanding of the genetic architecture of carcass weight in Hanwoo. This genome-wide association study identified one major chromosome region ranging from 23 Mb to 25 Mb on chromosome 14 as being associated with carcass weight in Hanwoo. Significant Bonferroni-corrected genome-wide associations (P,1.5261026) were detected for 6 Single Nucleotide Polymorphic (SNP) loci for carcass weight on chromosome 14. The most significant SNP was BTB-01280026 (P = 4.02610211), located in the 25 Mb region on Bos taurus autosome 14 (BTA14). The other 5 significant SNPs were Hapmap27934-BTC-065223 (P=4.04610211) in 25.2 Mb, BTB-01143580 (P=6.35610211) in 24.3 Mb, Hapmap30932-BTC-011225 (P=5.92610210) in 24.8 Mb, Hapmap27112-BTC-063342 (P=5.1861029) in 25.4 Mb, and Hapmap24414-BTC-073009 (P=7.3861028) in 25.4 Mb, all on BTA 14. One SNP (BTB-01143580; P=6.35610211) lies independently from the other 5 SNPs. The 5 SNPs that lie together showed a large Linkage disequilibrium (LD) block (block size of 553 kb) with LD coefficients ranging from 0.53 to 0.89 within the block. The most significant SNPs accounted for 6.73% to 10.55% of additive genetic variance, which is quite a large proportion of the total additive genetic variance. The most significant SNP (BTB-01280026; P = 4.02610211) had 16.96 kg of allele substitution effect, and the second most significant SNP (Hapmap27934-BTC-065223; P = 4.04610211) had 18.06 kg of effect on carcass weight, which correspond to 44% and 47%, respectively, of the phenotypic standard deviation for carcass weight in Hanwoo cattle. Our results demonstrated that carcass weight was affected by a major Quantitative Trait Locus (QTL) with a large effect and by many SNPs with small effects that are normally distributed.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 10
• 목차 ... 11
• 제 1 장 서 론 ... 12
• 1. 연구개발의 목적 및 단계별 주요내용 ... 14
• 2. 연구개발의 필요성 ... 15
• 3. 연구개발의 범위 ... 16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 1. 국내 연구 현황 ... 17
• 2. 국외 연구 현황 ... 17
• 3. 국내·외 연구현황 비교 및 필요 연구 분야 ... 18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19
• 1. 연구개발내용 ... 19
• 2. 연구방법 ... 21
• 3. 연구결과 ... 29
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 83
• 1절. 세부과제별 정성적 연구목표대비 달성도 ... 83
• 2절. 정량적 목표대비 달성도 ... 85
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 86
• 1. 추가연구의 필요성, 타 연구에의 응용 및 기업화 추진방안 ... 86
• 2. 현재 추진중인 추가적인 논문게재 및 산업재산권 ... 87
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 88
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 89
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 89
• 제 9 장 참고문헌 ... 90
• 끝페이지 ... 95