초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 결과
□ 유전체 및 전사체 분석을 통한 유전자 맵 구축 및 운동형질관련 마커 발굴
▶ RNA-seq을 이용한 통합 전사체 분석
- Draft 상태인 경주마의 정확한 유전자 맵 구축 및 기능을 분석하여 차후 연구에 reference를 제공
- RNA-seq을 이용한 통합 전사체 분석을 통한 경주마의 다양한 조건에서 운동 관련 유전자 발굴
▶ 조직 특이적, 경주마 특이적 유전자 동정 및 기능분석
- RNA-seq을 이용한 조직별 유전자 맵 구축 및 전사체 변이 발굴
- 경주

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 결과
□ 유전체 및 전사체 분석을 통한 유전자 맵 구축 및 운동형질관련 마커 발굴
▶ RNA-seq을 이용한 통합 전사체 분석
- Draft 상태인 경주마의 정확한 유전자 맵 구축 및 기능을 분석하여 차후 연구에 reference를 제공
- RNA-seq을 이용한 통합 전사체 분석을 통한 경주마의 다양한 조건에서 운동 관련 유전자 발굴
▶ 조직 특이적, 경주마 특이적 유전자 동정 및 기능분석
- RNA-seq을 이용한 조직별 유전자 맵 구축 및 전사체 변이 발굴
- 경주마의 운동 전 후 조직샘플에서 RNA-seq을 통한 생물정보학적 tool을 사용하여 운동관련 후보 유전자 발굴
- 제주마와 더러브렛과 전사체 단계에서의 비교 분석을 통한 경주마의 진화적 연구
- 더러브렛, 제주마의 전장유전체 해독 데이터를 기반으로 가축화 과정에서 발생한 선발신호를 검출
▶ RNA-seq을 이용한 경주마 출주 간격에 있어서의 회복 관련 유전자를 발굴하고 회복과 유전자간의 역할 관계 규명
- RNA sequencing Data를 바탕으로 도출된 운동 전후발현의 차이가 보이는 차등발현 유전자 (DEGs) 중 CKM, HSP, VEGF, PPARD발굴 후 HSP family gene들의 발현 양상을 분석
- DEG 분석결과를 기능별로 분류(대사, 회복, 면역 및 질병 등) 후, 근육샘플을 추가 확보하여 운동관련 유전자 및 그 유전자들의 발현양상을 비교, 분석
- CKM, HSP, VEGF, PPARD 에 대하여 운동 강도별로 발현 양상을 분석.
- RNA-Seq Data 중 혈액 및 근육에서 운동 전후로 발현이 증가한 GCL 유전자를 타겟으로 운동관련 기능 검정
- 운동 회복과 관련성이 높은 Hsp90α유전자를 target으로 하여 제주마와 더러브렛의 운동 전후, 염기서열상의 차이 등을 비교, 분석하여 회복관련 능력을 분석
- 운동과 관련된 HSP, CKM, VEG, PPARD, DYNC1LI2 유전자의 발현패턴을, 마우스를 모델동물로 선정하여 발현패턴을 재검증
▶ 통합적인 Transcriptome DataBase 구축
- 경주능력 관련 형질별(회복, 운동, 대사) 차등 발현유전자에 대한 기능 in vivo 테스트 RNA 및 유전체 re-sequencing 기반 선발 유용 유전자(38개)들의 기능 검정
- 기능이 확인된 경주형질관련 SNP chip 산업화를 위한 선발된 후보 유전자들의 SNP 재현성 검증
- RNA-seq 및 re-sequncing 테이터 정보의 유전체 정보제공을 위한 기반 확립
- 운동전후 및 개체 간 차등발현 유전자 조절 원인 규명
□ 한국 환경에 적합한 국내산 경주마 개량을 위한 후성학적 요인 규명 및 마커 발굴
▶ 상 하위 경주마 경주능력과 연관 유전자의 전사조절의 원인 규명
- 운동 전후 RNA-Seq 데이터를 기반으로, 운동 관련 유전자의 운동 전후 발현 검증
- 운동 관련 유전자들의 alternative한 전사체들에 대한 분석
▶ 경주능력 유전자 DNA methylation 양상 비교 분석
- 운동 관련 유전자들의 promoter 영역에 대한 BSP 수행
- 조직별 BSP 양상 비교
▶ 기존 DEG 분석을 통해 밝혀진 유전자 set 분석
- 경주마/제주마 조직별 유전자 발현 양상 파악 및, 특이적 발현 양상 확인
- 운동 능력과 관련된 분자 마커 검증
▶ 상위/하위 운동 전/후 혈액 샘플에서 MeDIP seq 분석
- MeDIP-seq 데이터 분석을 통한 운동 전후로 차이나는 전사조절과 관련된 후성학적 분석 수행
- 운동능력 관련 후성학적 마커 다량 발굴
▶ 경주마/제주마 조직 샘플에서 MeDIP seq 분석
- 경주마 및 제주마 각 품종 특이적인 DNA methylation 양상 파악
- 조직별 특이적 methylation 양상을 파악과 함께, RNA-Seq 데이터와 상호 비교
▶ 경주마 miRNA 동정 및 역할 규명
- 경주마의 운동능력에 영향을 주는 key miRNA의 발굴 및, 운동 관련 마커로써의 활용 가능성 제시
- 운동형질 관련 유전자를 타겟하는 miRNA를 예측하고 생체 내 활성 경로를 동정함
▶ 경주마의 강건성, 휴양, 젖산 대사 관련 유전자, methylation 양상, miRNA 분석을 통한 운동 후 회복관련 유전인자군 발굴
- 젖산 분해 및 당대사와 관련된 유전자들을 동정하고, 이들을 타겟하는 miRNA의 발현과 상호 비교함
- 실제 miRNA가 유전자에 타겟한다는 것을 실험적으로 검증함으로써 회복에 있어서 유전자와 miRNA의 역할 pathway 검증
▶ 경주 관련 중요 형질을 갖는 유전자의 DNA methylome 양상 및 miRNA 발현 변화 양상 분석
- 운동 전후 샘플에서 MeDIP-Seq 데이터를 기반으로 methylation 양상이 달라짐을 검증하였음
- 운동 전후 miRNA와 유전자의 상호 발현 차이 검증을 통한 후성유전학적 경로 파악
- 운동 능력 관련 miRNA를 검증할 새로운 파이프라인 제시
▶ 경주능력 관련 유전자 조절 기작 확인
- 우수 형질 관련 유전자에 대한 다양한 기법을 통한 발현양상 검증
- 전사체 변화를 제시할 유전자들을 제시함으로써 산업상 활용 가능성 제시
▶ 경주능력 관련 후성유전체 마커 선별
- MeDIP-seq 데이터에 대한 BSP 등의 검증 작업 수행. 강력한 후성유전체 마커 개발
- 후성유전체 마커 개발을 통하여 경주마의 경제형질과 관련된 유용하게 활용
- 국내 환경에 적합한 우수 경주마 선발 및, 국제 경쟁력 있는 전사체 및 후성유전학 분석 기술 확보
▶ 선별된 마커에 대한 통합적 후성유전체 DB 구축
- 운동 전후 / 경주마와 제주마에 있어서 MeDIP-Seq 데이터를 기반으로 한 DB 구축, 관리 및 운영 중
- 추후 후성유전학적 조절 메커니즘을 통한 운동 능력 관련 유용유전자 발굴 가능
□ 통합유전체 분석 파이프라인 구축 및 분자육종을 위한 산업화 기반 연구
▶ 발현유전체 변이마커의 발굴을 위한 전사체분석 파이프라인 구축
- RNA-seq.으로 생산된 118Gb의 대용량 데이터에서 Unigene을 구축하고 기능을 유추하는 파이프라인 구축
▶ 전장유전체 변이마커를 발굴하기 위한 저배율/다수의 개체에서 전장유전체분석을 수행할 수 있는 분석 파이프라인 구축
- 전장유전체 변이마커 (gSNP, In/del) 발굴을 위한 전장유전체 분석 파이프라인 구축
▶ 더러브렛, 제주마, 몽고마, 몽고야생마의 전장유전체 데이터 비교를 통한 더러브렛의 경주능력 특이적 유전자 발굴 및 후보마커 선별
- Horse SNP 및 Expression DB 구축
- 운동능력 관련 후보변이 마커 다량 발굴 및 더러브렛 특이적 가축화선발신호 다량 검출
▶ 생물정보학적 분석을 통한 품종 간 유전적 다양성 및 특이성 규명
- 진화적 분석을 통한 제주마 특이적 유전자 다량 발굴
▶ LD 분석을 통해 경주능력관련 Tag SNP 선발
- 경주능력관련 Tagging SNP 선발
▶ 국내산 현역 경주마 집단에서의 마커효과(Marker effect) 재현성 검증
- 경주마 집단에서의 마커효과 검증
▶ GS Imputation 용 더러브렛과 제주마 Tag SNP 5K 선별
- 70k SNP chip을 이용한 제주마의 경주능력 관련 Tagging SNP 선별
▶ 국내 말자원 통합형 Equine SNP 5K 산업화 기반 구축
- Equine SNP 5K 플랫폼 제작을 위한Tagging SNP 선별 산업체 기술이전
□ 항병성 경주마 생산을 위한 단백질의 발굴과 조절기전, 활성화 및 억제물질 개발과 기전규명
▶ 우수 경주마 경주능력 관련 발현 유전자/ 단백질 메커니즘 조절물질 개발
- 단일물질 SCTA의 항병성 효과 기전을 규명하고 이를 특허출원
- Hsp90a 유전자 및 단백질의 발현 억제물질 개발
▶ 경주마의 조골세포를 활용한 성장호르몬 활성화 기전 규명 및 활성물질 개발
- 조골세포를 이용하여 GH (growth hormone)과 IGF-1의 활성화 기전 규명 및 활성 천연물질을 개발하여 특허출원
- 경주마의 염증 반응과 종양 관련 유전자의 기능 조절 규명 및 치료물질 개발
▶ 우수 경주마의 경주능력 향상을 위한 경주 관련 유용유전자 활성화 물질 개발
- 뼈 단백질 BMP-7 등의 활성화 기전 규명 및 조절물질 개발
- 경주마의 항산화 효과 및 경주능력 향상을 위한 천연물질 및 상승제의 개발
▶ 경주마의 질병 및 회복관련 유전자 조절 물질 개발
- 질병 유전자의 기능을 조절하고 이에 기여할 수 있는 물질을 개발

Abstract ▼

Domestic horse to find the presence of a potentially large number of genes in these excellent capability of racing and very high correlation by identifying genes that function, and the relationship between the factors that control the expression of the gene genome, transcriptome, epigenome, Proteome

Domestic horse to find the presence of a potentially large number of genes in these excellent capability of racing and very high correlation by identifying genes that function, and the relationship between the factors that control the expression of the gene genome, transcriptome, epigenome, Proteome of Total Omics marker system based on the genetic ability to build industrialization based evaluation system of horses through biological research and molecular breeding development should aim to improve the system.
The purpose of this study is to analyze for the function of the gene identified and put into practical use via Integrated throughbred horse transcript analysis.
Integrated transcript analysis using RNA-seq, by analyzing the precise genetic map construct and features state of the Draft horses provide a reference for future research.
Exercise related gene discovery in a variety of conditions in horses through integration transcript analysis and tissue-specific gene transcript mutation map construct and excavation. Tissue-specific, specifically horses after exercise in horses around to the gene identification and functional analysis of biological information using RNA-seq chemical tool with exercise related candidate genes in the tissue samples were excavated.
And the starting signal was detected in the domestication process occurred based on the full length genome decoded data to the evolutionary study of the horse through a comparative analysis of the transcriptome stage of jeju horses and through horses.
Excavation of recovery-related genes in the racehorses race interval using RNA-seq, and played a role relationship between the recovery and the gene identified. Before and after exercise that is derived based on the differential expression of RNA sequencing Data for the difference in gene expression (DEGs) CKM, HSP, VEGF, and then analyzed the expression profile of excavation PPARD HSP family gene. Exercise-related HSP, CKM, VEG, PPARD, DYNC1LI2 expression pattern of the gene, the expression patterns in the mouse animal model chosen was re-verified. RNA-Seq Data GCL gene expression increased in the blood and in the muscles before and after exercise were targeted to verify the movement related functions.
RNA and genome re-sequencing-based verification of the SNP selection was the reproducibility of useful genes to traits related to the race SNP chip industrialization.
Whole-genome DNA methylation patterns were revealed in this study throughout MeDIP-Seq. Based on these information, these DNA methylation patterns were analyzed and stored as the two database systems. These system could provide a clue of epigenetic markers for the selection of superior horses. We converted whole-genome methylation data as two web-based database. We also provide the data that the glucose metabolism genes, LDHA and GYS1, were negatively regulated by eca-miR-33a and eca-miR-17, respectively, through specific target sites at the 3′ UTR of each gene. We suggest that horse physiological machinery might use an effective pathway, in addition to glucose metabolism, after exercise for efficient energy supplementation by regulating gene expression through miRNA.
The Przewalski’s horse is a rare and endangered species and the last existing wild horses. Therefore, its genetic characterization is important to facilitate the systematic preservation and promotion of its gene pool. Karyotypes of chromosomes confirmed that the two tested horses were indeed Przewalski’s horses (2n=66). Their genome was characterized using whole-genome re-sequencing and a comprehensive list of genetic variants including SNPs and INDELs was developed. We found a total number of 5,879,868 SNPs in the male and 6,040,778 SNPs in the female. Homozygous variations were more abundant than heterozygous variations, probably caused by inbreeding during the restoration process of species from only 13 horses. In conclusion, our results provide valuable information such as additional sequence information for equine researchers and can help to figure out how the horse genome was changed by domestication in recent years.
Genetics is important for breeding and selection of horses but there is a lack of well-established horse-related browsers or databases. In order to better understand horses, more variants and other integrated information are needed. Thus, we construct a horse genomic variants database including expression and other information. Horse Single Nucleotide Polymorphism and Expression Database (HSDB) provides the number of unexplored genomic variants still remaining to be identified in the horse genome including rare variants by using population genome sequences of eighteen horses and RNA-seq of four horses. The identified single nucleotide polymorphisms (SNPs) were confirmed by comparing them with SNP chip data and variants of RNA-seq, which showed a concordance level of 99.02% and 96.6%, respectively. Moreover, the database provides the genomic variants with their corresponding transcriptional profiles from the same individuals to help understand the functional aspects of these variants. The database will contribute to genetic improvement and breeding strategies of Thoroughbreds
Copy number variations (CNVs), important genetic factors for study of human diseases, may have as large of an effect on phenotype as do single nucleotide polymorphisms. Indeed, it is widely accepted that CNVs are associated with differential disease susceptibility. However, the relationships between CNVs and gene expression have not been characterized in the horse. In this study, we investigated the effects of copy number deletion in the blood and muscle transcriptomes of Thoroughbred racing horses. We identified a total of 1,246 CNVs of deletion polymorphisms using DNA re-sequencing data from 18 Thoroughbred racing horses. To discover the tendencies between CNV status and gene expression levels, we extracted CNVs of four Thoroughbred racing horses of which RNA sequencing was available. We found that 252 pairs of CNVs and genes were associated in the four horse samples. We did not observe a clear and consistent relationship between the deletion status of CNVs and gene expression levels before and after exercise in blood and muscle. However, we found some pairs of CNVs and associated genes that indicated relationships with gene expression levels: a positive relationship with genes responsible for membrane structure or cytoskeleton and a negative relationship with genes involved in disease. This study will lead to conceptual advances in understanding the relationship between CNVs and global gene expression in the horse.
Of the total 61,746 genotyped autosomal SNPs, 17,320 (28.1%) SNPs (missing genotype rate of >10%, minor allele frequency of <0.05 and Hardy–Weinberg equilibrium test P-value of <10–6) were excluded after quality control processes. SNPs on the X and Y chromosomes and genotyped individuals with missing genotype rate over 10% were also excluded, and finally, 44,426 (71.9%) SNPs were selected and used for the analysis. The measures of the LD, square of correlation coefficient (r2) between SNP pairs, were calculated for each allele and the effective population size was determined based on r2 measures. The polymorphism information contents (PIC) and expected heterozygosity (HE) were 0.27 and 0.34, respectively. In LD, the most rapid decline was observed over the first 1 Mb. But r2 decreased more slowly with increasing distance and was constant after 2 Mb of distance and the decline was almost linear with log-transformed distance. The average r2 between adjacent SNP pairs ranged from 0.20 to 0.31 in each chromosome and whole average was 0.26, while the whole average r2 between all SNP pairs was 0.02. We observed an initial pattern of decreasing Ne and estimated values were closer to 41 at 1 ~ 5 generations ago. The effective population size (41 heads) estimated in this study seems to be large considering Jeju horse’s population size (about 2,000 heads), but it should be interpreted with caution because of the technical limitations of the methods and sample size.
It is well known that After the movement of the horse and the various diseases of man in hypoxia that affects the expression of genes and proteins Hsp90a.
Therefore, we were planned to know how to Hsp90a gene or protein get expression in hypoxia condition. By studying the anti-neuropathic and good economic traits associated genes and regulation of protein, Identify genes and mechanisms of protein Hsp90a plague by hypoxic condition through the Jak / STAT pathway regulation and study the inhibitor of STAT protein family that contribute to disease development and progression of many animals (horses) and try to identify their functions and mechanisms.
First year, we discover the mechanism of Hsp90a genes and proteins regulation through the Jak/STAT pathway under hypoxia condition and Study of STAT (signal transducers and activators of transcription) protein family inhibitor that contribute to various disease development and progression in animal and .Genotypic analysis of ACE1 gene and the relevance on economic traits of the horse.
Second year, we Investigate the mechanism of regulation and activation of Hsp90a expression in cells and tissues of post-exercise hypoxic conditions and Identify the anti-cancer effects and anti-neuropathic mechanisms of natural substances, MSM and Investigate the effect of natural substances, MSM on the mechanisms of osteoblasts differentiation and bone growth and Development of disease diagnostic kits for racing horse.
Third year, we discover the mechanisms of osteoblast differentiation and JAK2-STAT5b pathway, in animals such as horses and find about Evaluation of the active ingredient of Hwanggeumchal sorghum extract (HSE), on musculoskeletal active functions in animals such as horses. Also, Synergic mechanism of the useful active material MSM on Genome-based disease resistance and upcovering Analysis of sports-related gene polymorphism on the ability of the Horse.
Forth year, we find out Effective mechanism of functional materials, AT and SAT in osteoblastic cells. (UMR-106) , Identification of synergistic effect of MSM with BMP-2 in MSCs. (Mesenchymal Stem Cells) andRegulation mechanism of Heat Shock Protein (Hsp90) expression by MSM on post-exercise condition.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 6
• 목차 ... 10
• 제 1 장 서 론 ... 11
• 1. 총괄목표 ... 11
• 2. 연구의 필요성 ... 11
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
• 1. 국내 연구 현황 ... 17
• 2. 국외 연구 현황 ... 18
• 3. 국내외 기술개발현황에서 차지하는 위치 ... 21
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 25
• <제1세부과제 : 통합전사체 분석을 통한 더러브렛 유전자 규명 및 실용화를 위한 기능분석> ... 25
• <제2세부과제 : 경주마의 경제형질에 영향을 미치는 후성학적 요인규명을 통한 우수 경제형질의 후성유전체 마커 개발> ... 109
• <제 1협동과제 : 통합유전체 분석 파이프라인 구축 및 경주마 유전능력겸사 분석시스템 개발을 통한 산업화 기반연구> ... 119
• <제2협동과제 : 질병저항성 경주마 생산을 위한 유전자 및 단백질의 발굴과 조절기전, 활성화 및 억제 물질개발과 기전 규명> ... 150
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 159
• 1절 : 목표대비 달성도 ... 159
• 2절 : 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타)를 기술 ... 163
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 164
• 1. 추가 연구의 필요성 ... 164
• 2. 타 연구에의 응용 ... 165
• 3. 추가적 논문 게재 현황 ... 173
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 174
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 175
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 177
• 제 9 장 참고문헌 ... 178
• 끝페이지 ... 181