초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 닭 연구집단을 이용한 DNA 마커의 유전자형 분석
본 연구에서는 5계통의 한국재래닭의 경제형질과 연관된 유전적 마커를 개발하기 위하여 88수의 부모세대(F₀) 집단과 597수의 자손세대(F₁) 집단의 샘플을 확보하였다. 확보된 샘플들은 다형성 및 변이가 많은 마커를 선발하기 위하여 총 307개의 마이크로새틀라이트 마커를 테스트하여 139개의 마커를 선발하였으며 선발된 마커들은 다형성 분석과 친자확인을 통해 마커의 정확도를 확인하였다. 확보된 마커의 유전자형은

Ⅳ. 연구개발결과
1. 닭 연구집단을 이용한 DNA 마커의 유전자형 분석
본 연구에서는 5계통의 한국재래닭의 경제형질과 연관된 유전적 마커를 개발하기 위하여 88수의 부모세대(F₀) 집단과 597수의 자손세대(F₁) 집단의 샘플을 확보하였다. 확보된 샘플들은 다형성 및 변이가 많은 마커를 선발하기 위하여 총 307개의 마이크로새틀라이트 마커를 테스트하여 139개의 마커를 선발하였으며 선발된 마커들은 다형성 분석과 친자확인을 통해 마커의 정확도를 확인하였다. 확보된 마커의 유전자형은 QTL 분석을 수행하기 위하여 마커간의 거리를 산출하여 한국재래닭의 연관지도를 작성하였으며 작성된 연관지도의 총 길이는 2729.4 cM, 마커간의 평균 거리는 19.64 cM으로 계산되었다. 또한 QTL 분석에서 확보되는 마커 영역에서 보다 효율적으로 형질연관 변이를 확보하기 위하여 계통별 부모세대(F₀) 1수 씩의 genome sequencing 및 SNP annotation을 수행하였는데 mapping된 sequence의 길이는 총 1.01 Gbp로 G. gallus 4.0 reference genome의 96.80% coverage가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Annotation된 SNP는 총 400만개로 확인되었으며, 이 중에서 약 300만개가 novel SNP로 100만개가 known SNP로 확인되었다. 한국재래닭의 연관지도에서 QTL 분석을 수행한 결과 67개의 표현형질에 대한 QTL을 45개 마커 영역에서 확인할 수 있었고, 해당 마커의 영역에서 81~581개의 후보유전자를 검색할 수 있었다. 확보된 후보유전자들은 기능 및 문헌검색을 통해 형질과 연관성이 높은 유전자를 선택하였고, 한국재래닭의 genome sequence 정보를 이용하여 각 후보 유전자 위치에서 2~3개의 SNP 72개를 선발하였다. 선발된 SNP는 assay 방법으로 부모세대와 자손세대의 유전자형을 확인하였고, 다리육 betain 함량에서 TRMT(Thiouridylate Methyltransferase) 유전자의 p-value가 0.002, 가슴육의 Carnosine 함량에서 CBLB(Cbl Proto-Oncogene B, E3 Ubiquitine Protein Ligase) 유전자의 p-value가 0.03으로 유의적인 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 직접적인 연관성이 확보되지 않은 부분도 Finemapping 연구 및 검증 연구를 통해 다른 경제형질에 대한 추가적인 유전적 마커를 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 확보된 마커 및 유전체 변이 정보는 한국재래닭의 경제형질의 개발로 고급육질형 종계 개발에 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
2. 경제형질관련 QTL 동정 및 후보 유전자 분석
우수한 영양 및 맛을 지닌 고급육에 대한 많은 소비자들의 수요가 늘면서, 생리활성 및 풍미 관련 형질을 포함한 육질 관련 형질의 유전적 개량은 가금 산업에 있어서 중요한 이슈로 자리잡고 있다. 본 세부과제의 목적은 한국 재래계를 이용한 F1 핵가계를 이용해서 육질 관련 형질과 연관된 양적형질좌위(QTL)를 동정하는 것이다. 과제 초기 단계에서, 본 연구진은 기 조성된 연구 집단 (F0 88수와 F1 597수)이 가진 통계적 검정력을 결정하기 위해서 분산성분 QTL 분석하에서 모의실험을 실시하였다. 이렇게 조성이 된 연구집단에서 26개의 연관그룹을 나타내는 135개의 DNA 마커를 이용하여, 총 유전적 길이 2729.4 cM에 해당하는 유전적 연관지도를 얻을 수 있었다. 이 지도를 기반하여 다점 분산성분연관분석 방법과 최소제곱법 다중마커 반형매 연관분석 방법이 QTL 동정을 위하여 이용되었다. 한국재래계 집단에서 다수의 QTL을 동정 되었는데, 예를 들어 염색체 수준에서 유의한 생리활성관련 형질과 풍미관련 형질과 연관된 QTL들이 닭염색체 1,4,5,8,9,12 번에서 동정이되었다. 이렇게 동정이 된 QTL들은 한국 재래계에서 얻어진 육질관련 형질들의 변이에 대한 유전적 구조를 규명하는 데 중요한 역할을 할 것으로 사료된다.
3. 가금육의 우수경제형질 분석, 평가 및 기능형질 개발
가금육 우수경제형질 분석 및 평가를 위해 국립축산과학원(성환)에서 공시한 5계통(적갈색, 황갈색, 흑색, 백색 및 회갈색)의 한국 재래닭 총 597수의 시료를 준비하였다. 가슴육과 다리육을 분리하여 총 1,194개 시료의 생체중, 일반성분, pH15, pHu, 육색, 보수력, 가열감량, 전단력, 총 콜라겐 함량, 핵산관련물질, 생리기능물질, 지방산 조성, 콜레스테롤 함량, 휘발성 향기성분 및 유리아미노산 등 경제형질 특성과 영양기호 특성을 분석하였다. 또한 HPLC를 이용하여 betaine, α-lipoic acid 및 L-carnitine 등 가금육 내 생리기능물질 분석방법을 확립한 후 함량을 분석하였다. 또한 생리기능물질의 기능성 평가를 위해 5주령의 마우스를 대조군(CON), 고지방사료 급여군(HFD), 고지방사료 급여 및 betaine, L-canitine, a-lipoic acid 경구투여군(HFD-BT; -AL; -LC), 수영(신체적 운동)을 한 고지방사료 급여군(HFD-SW), 수영을 한 고지방사료 급여 및 생리기능물질 경구투여군(HFD-SWBT; -SWAL; - SWLC) 총 9개 군으로 구분하여 실험을 실시하였다. 그 결과, betaine, α-lipoic acid 및 L-carnitine 급여에 의해 마우스의 일일 체중증가량이 감소하였으며, 혈청 내 중성지질, 콜레스테롤 함량을 분석한 결과 생리기능물질 섭취 및 운동 병행 시 유의적 감소를 나타내었다. 또한, 분석한 계육의 경제형질, 영양기호성분 및 생리기능물질과 유전적 특성의 연관성 분석을 통해 소비자가 선호하는 영양, 기호 및 생리기능특성이 우수한 우리 고유 종계 개발의 가능성을 제시하였다.
4. 닭 연구집단의 조성 및 산업화 기반 조성
본 연구에서는 한국재래닭의 양적형질 유전자좌위 분석을 위하여 부모세대와 자손세대의 가계를 구성하여 각 세부과제에서 형질측정 및 유전분석을 수행할 수 있도록 샘플을 제공하였다. 부모세대 샘플은 한국재래닭 적갈색 및 황갈색, 회갈식, 흑색, 백색의 다섯 계통에서 계통당 수컷 3수에 암컷 5수씩 총 90개체를 교배하여 가계를 구성하였으며 이렇게 확보된 자손세대는 597수의 개체를 확보할 수 있었다. 부모세대는 유전분석을 위해 DNA를 추출할 수 있도록 혈액샘플을 채취하였으며 자손세대 또한 유전분석을 위한 혈액 채취 및 형질 측정을 위한 도계를 수행하여 재래닭의 육질과 관련한 다양한 형질을 측정할 수 있도록 샘플을 채취하였다. 특히, 자손세대 개체의 경우 성장형질과 관련한 분석을 위해 매 2주령마다 체중을 측정하였으며 측정된 결과는 성장과 관련된 유전자 분석을 통해 ODC 및 PRDM16, THRSP 유전자와의 연관성을 확인하였다. 이러한 결과는 실제로 5계통의 순계통 선발에 마커를 적용하여 선발 및 형질측정을 통해 마커의 적용 가능성을 확인하였다. 본 연구를 통해 확보된 결과는 한국재래닭을 이용한 육종전략에 유용하게 사용될 수 있는 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단되며, 한국의 가금산업의 발전에도 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1. Genotype analysis of DNA markers for chicken research populations
This study used 88 parents and 597 F1 progeny samples from five lines of Korean native chicken (KNC) for developing genetic markers in relation to the economically-important traits. In order to select highly polymo

Ⅳ. Results
1. Genotype analysis of DNA markers for chicken research populations
This study used 88 parents and 597 F1 progeny samples from five lines of Korean native chicken (KNC) for developing genetic markers in relation to the economically-important traits. In order to select highly polymorphic markers, 307 microsatellite (MS) markers were tested and finally 139 MS markers were selected. The accuracy of these markers were confirmed by analyzing polymorphic information contents (PIC) values and parentage tests using small group of families. The genetic linkage map for KNC was constructed using genetic distances, which were calculated using selected markers. The identified total length of genetic linkage map was 2729.4 centi-Morgan (cM) and the calculated average genetic distance between markers was 19.64 cM. Also, in order to identify variations in the QTL regions, genome sequencing was performed using one sample for each KNC line. As the results, mapped sequence shows 96.80% coverage of G. gallus 4.0 from NCBI reference genome and the total length of assembled sequence was confirmed as 1.01 Gbp. The annotated SNPs in the KNC were counted as 4 millions. Of these, 3 million SNPs were identified novel SNPs and 1 million SNPs were identified common SNPs that were appeared in the reference genome. The results of genome-wide QTL analysis indicated that 67 QTL regions in 45 marker areas and 81 ~ 581 candidate genes in each QTL region were identified. The highly related candidate genes were selected based on the previous function studies. Finally, 72 SNPs were selected in the candidate gene regions. Selected SNPs were genotyped in parents and progeny samples using SNP assay method. As the results, TRMT (Thiouridylate Methyltransferase) gene has significantly associated with Betain contents in thigh meat (p=0.002) and CBLB (Cbl Proto-Oncogene B, E3 Ubiquitine Protein Ligase) gene was also significantly associated with Carnosine contents in breast meat(p=0.03). Therefore, the genetic marker and large SNPs information in this study will provide useful information for developing economic traits in KNC.
2. QTL mapping and candidate analysis for economically important traits.
Genetic improvement of meat quality traits including bioactive- and flavor-related traits has been an important concern to the poultry industry, as many of consumers demand high quality poultry meat products, which have better nutrition and taste. The aim of this project was to identify quantitative trait loci (QTLs) affecting meat quality-related traits in an F1 nuclear pedigree of Korean native chickens (KNC). In an initial stage, we investigated the optimal sample size of quantitative trait locus (QTL) linkage analysis for simple random sibship samples in pedigreed chicken populations, under the variance component framework implemented in the genetic power calculator program. Using the program, we could compute the statistical power required to achieve given sample sizes (comprising 88 F0 parents and 597 F1 progeny) in variance component linkage analysis in random sibship data. Genotypic data on 135 DNA markers representing 26 autosomes have been generated for this resource pedigree. The total length of the map was 2,729.4 cM. We used a multipoint variance component linkage approach and a multi-marker half-sib QTL mapping method based on least squares to identify QTLs for the traits. We could identify multiple QTLs affecting meat quality traits in KNC. For instance, we detected several chromosome-wide significant QTLs for bioactive (carnosine, betain) and flavor (AMP, IMP, inosine, hypoxanthin) compound contents on GGA 1,4,5,8,9 and 12. The identified QTL here could play an important role in elucidating the genetic structure of meat quality trait variation in KNC.
3. Economically important traits analysis, evaluation and development of functional traits for chicken meat
Totally 597 birds from 5 lines of Korean native chicken (KNC; i.e., black, gray-brown, red-brown, white, and yellow-brown) were raised at the National Institute of Animal Science of Korea (Seonghwan, Korea). In order to obtain breed-specific information, the breast and thigh meat from each 597 samples (1,194 samples in total) were assessed for economical, nutritional, and sensor characteristics and the presence of bioactive compounds of the 5 lines of KNC. The measurement included live weight, chemical composition, pH15, pHu, color, water holding capacity, cooking loss, shear force, total collagen contents, nucleotide contents, bioactive compounds, fatty acid composition, cholesterol contents, volatile compounds, and free amino acid. The measured values were linked with genetic information obtained from the different project. The bioactivity of betaine, α-lipoic acid, and L-carnitine, which were present in chicken meat, were evaluated in vivo. The 5-week mice were divided into 9 groups, including control (CON), high-fat diet (HFD), HFD with the bioactive compounds (HFD-BT; -AL; LC), HFD with exercising (HFD-SW), and HFD-SW with the bioactive compounds, α-Lipoic acid showed the most effective bioactive compounds supplementation for reducing fat accumulation in mice fed HFD. The combination of bioactive compounds with exercise enhanced body weight reduction and serum lipid level of the mice. Finally, the principal component analysis was conducted to analyze linkage assessment between the bioactive, flavor-, and quality-related components of meat from KNC and genetic markers.
4. Construction of research population and industrial foundation
The aim of the present study was to construct a two-generation resource pedigree using Korean native chicken (KNC) and providing samples to other projects in order to use for the trait measurements and genetic analyses. A two-generation resource pedigree comprising 88 F0 founders and 597 F1 progeny was generated and managed. Clinical chemical traits were measured on 585 F1 outbred Korean native chickens (282 males and 303 females) comprising 68 nuclear families ranging in size from 3 to 20 chickens. These 2-generation families consisted of 83 founders (15 sires and 68 dams) that were not included for phenotype measurements and their F1 progeny which were divided into 5 lines classified by plumage color [110 gray-brown (G), 88 black (L), 135 red-brown (R), 122 white (W) and 130 yellow-brown (Y)]. All animals were raised under standard in door conditions at the experimental facilities of the National Institute of Animal Science (NIAS), Cheonan, Republic of Korea. The DNA samples from the founder animals were extracted blood samples in order to genetic analyses. Also, DNA and meat samples were collected from the F1 progenies. Specifically, body weights were measured at every two weeks from birth to slaughter age at 22 weeks in F1 progenies in order to identifying relationships with polymorphisms in ODC, PRDM16 and THRSP genes with growth traits. The results indicated that the variations in the candidate genes were possibly used for the trait improvements and can be utilized for the breeding strategies in Korean native chicken.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 7
• 목차 ... 12
• 제 1 장 서 론 ... 13
• 제1절 연구 개발 대상 기술의 경제적ㆍ산업적 중요성 및 연구개발의 필요성 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 제1절 국내 연구 현황 ... 15
• 제2절 국외 연구 현황 ... 15
• 제3절 국내외 연구현황 비교 ... 16
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17
• 제1절 닭 연구집단을 이용한 DNA 마커의 유전자형 분석 ... 17
• 제2절 경제형질관련 QTL 동정 및 후보 유전자 분석 ... 50
• 제3절 가금육의 우수경제형질 분석, 평가 및 기능형질 개발 ... 79
• 제4절 닭 연구집단의 조성 및 산업화 기반 조성 ... 106
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 134
• 제1절 세부과제별 정성적 연구목표대비 달성도 ... 134
• 제2절 정량적 목표대비 달성도 ... 135
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 136
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 137
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 137
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비현황 ... 137
• 제 9 장 참고문헌 ... 138
• 끝페이지 ... 141