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한우와 젖소의 경제형질에 미치는 Mitochondrial DNA D-loop영역의 염기서열 변이효과
오재돈 韓京大學校 生物情報通信專門大學院 2004 국내석사
본 연구는 한우와 젖소의 mtDNA D-loop영역의 염기변이 다형성과 경제형질간의 관련성을 분석하기 위하여 수행하였다. 한우 후대검정우 집단, 한우 다유계통집단 그리고 젖소(Holstein)집단의 mtDNA D-loop 영역에서 단일염기의 치환 의해 총 25, 27, 37개의 polymorphic site가 확인되었다. 그중 주요 Polymorphic site의 염기변이 빈도는 169, 16042, 16093, 16119, 16255 및 16302 bp 지역에서 높게 검출되었다. 한우 후대 검정우 집단은 169 및 16119 bp 지역에서의 염기치환에 의한 MS의 효과는 -1.08(p<0.05), 1.29(p<0.01)로 나타났으며, 169 및 16042 bp 지역에서의 염기치환에 의한 BF의 효과는 -0.31 (p<0.01)과 0.34(p<0.01)로 나타났다. 한우 다유계통 집단은 유생산에서 106, 16119 및 16185 bp 지역에서 -3.747(p<0.05), -1.611 (p<0.1) 및 3.557(p<0.05)의 염기치환 효과가 나타났다. 젖소 집단에서는 169 bp 지역에서 유생산에 관한 염기치환효과가 1529 kg(p<0.05)로 나타났으며 유지방에서는 16118, 16135 및 16302 bp 지역에서 유의한 경향(p<0.1)을 보였다. 본 연구에서 검출한 한우와 젖소의 mtDNA내 D-loop 영역의 염기서열 변이 빈도 등은 집단들의 유전적 변이성 추정과 좀 더 다양한 경제형질과의 관련성 분석은 물론 모계유전 양상 분석을 통한 품종의 형성과정과 타 품종과의 계통분류적 상호 관계등의 분석에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다. This study was performed to analyse the sequences of variations of mtDNA D-loop and their effects on carcass traits in Hawoo(Korean cattle) and Holstein. The resulting sequences were compared with sequences previously published for other cattle breeds (GenBank J01394). The PCR was used to amplify a total of 964 bp between nucleotide 15758 and 383 within the D-loop region of mtDNA using specific primers. Group 1 showed 25 polymorphic sites by nucleotide substitutions. Group 2 showed 27 polymorphic sites by nucleotide substitutions. Group 3 showed 37 polymorphic sites by nucleotide substitutions. High levels of sequence polymorphism frequencies were detect at 169, 16042, 16093, 16119, 16255 and 16302 nt. The substitution effect at 169 and 16119 nt was found significant(p<0.05, p<0.01) on marbling score in herd of Hanwoo progeny testing bulls. Also substitution effect at 169 and 16042 nt was highly significant(p<0.01) on backfat, thickness. The substitution effect at 106, 16185 and 16119 nt was found significant (p<0.05, p<0.01) on milk production in herd of 94 Hanwoo. The substitution effect at 169 nt was found significant(p<0.05) on milk production in herd of Holstein. Polymorphism of mtDNA sequence in the D-loop region can be useful for the analysis of cytoplasmic genetic variation and associations with the other economically important traits and maternal lineage analysis in Hanwoo and Holstein.
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유전체정보를 이용한 한우의 유전특성 규명 및 개체식별 시스템 활용 연구
오재돈 한경대학교 생물환경·정보통신전문대학원 2008 국내박사
Populations of Hanwoo and foreign breed populations were characterized using 11 microsatellite DNA markers. The studied populations : 23 brand populations, the sire population, Angus population and Holstein population. The observed heterozygosity, the expected heterozygosity, the polymorphism information content were calculated. Allele frequencies were calculated and used for the characterization of the populations and the study their genetic relationships. Genetic distances were estimated using Nei's DA genetic distance and the resultant DA matrix was used in the construction of the phylogenetic trees. In addition, this study was conducted to establish the individual identification system comprising 11 microsatellite markers in Hanwoo. Cumulative power of discriminate(CPD) was 99.999% by including the 6 microsatellites loci individual identification system. And then matching probability in that two different individuals incidentally have same genotype was estimated to 0.17 ×10-10 by using 11 microsatellites loci. The system employing 11 markers therefore provided to be applicable to individual identification in Hanwoo. But, this study designed 2 set system to prevent mistake of analysis when several institution analyze. Also, this study was conducted to establish the individual identification system comprising 17 SNP markers. Cumulative power of discriminate (CPD) was 99.999% by including 14 SNP markers individual identification system. And then matching probability in that two different individuals incidentally have same genotype was estimated to 0.11 ×10-5 by using 11 SNP markers. 본 연구의 목적은 국내 23개 브랜드 한우집단을 대상으로 11종의 microsatellite 각 좌위에 대한 대립유전자형 빈도와 분포를 기초로 브랜드 집단 간 유전적 유연관계 및 유전적 다양성을 분석하여 향후 한우의 지역별 유전자원 특화 브랜드화를 위한 기초 자료를 제시하고자 실시하였으며 또한 종모우 집단에 대한 유전적 특성을 분석하여 국내 한우 산업의 문제점을 파악하고 해결방안을 모색하고자 실시하였다. 또한 외래품종과 한우간의 유전적 특성을 분석하여 전반적인 한우의 유전특성을 규명하여 수입개방화에 있어 한우산업의 경쟁력을 키우고 발전 전략을 수립하는데 중요한 자료로 활용하고자 실시하였다. 또한 이러한 한우의 유전특성을 이용하여 국내 한우 집단에서 개체의 식별에 가장 적절한 유전자 표지(MS, SNPs)를 설정하고 원산지의 개체와 유통점(고기상태)에서의 동일성 검증을 위해 분석되는 유전자 표지에 따른 오류 확률을 통계적으로 해석 하여 보다 효율적인 원산지 추적검증을 위한 유전자 감식 시스템의 적용 모델을 제시하고 실시하였다. 23개의 브랜드 한우집단의 각 개체별 유전적 구조를 이용한 분석결과 여러 브랜드들이 같은 도내에 위치한다 하더라도 흩어져서 분지되어 있음을 명확히 확인할 수 있었다. 이는 브랜드 내 개체들이 그룹으로 묶인다 하여도 대립유전자별 빈도 결과가 매우 유사하여 유전적 거리의 정도차이가 미비하며 각각의 브랜드의 한우 개체들이 다른 한우들과 특별히 차별적인 특징을 나타내지 않고 있음을 추정할 수 있었다. 그리고 종모우의 유전적 특성을 분석한 결과 브랜드 한우의 경우 전반적으로 넓게 분포하고 있는 반면 종모우의 경우 몇몇 개체를 제외한 다수의 개체들이 하나의 그룹을 이루어 분지되어 있음을 확인할 수 있었다. 이는 종모우들의 아비와 조부가 다양하지 못하여 한정된 개체들내에서 계속적인 개량이 이루어진 것으로 추정된다. 이러한 점은 유전적 거리가 매우 가까운 몇 안 되는 종모우들을 이용함으로써 국내 한우의 유전적 다양성을 감소하게 하는 것으로 사료된다. 또한 브랜드 간의 가까운 유전적 거리로 인해 브랜드별 특별한 유전적 특징을 갖는데 어려움이 있는 것으로 추정된다. 마지막으로 브랜드 한우집단, 종모우 집단 그리고 외래품종 집단의 유전특성을 분석한 결과 엥거스와 홀스테인의 경우 넓게 분포된 브랜드 한우 집단의 개체들 사이에 그룹을 형성하여 묶여 있음을 확인하였으며 종모우의 경우 역시 몇몇 개체를 제외하고 하나의 그룹을 형성하고 있음을 확인하였다. 따라서 한우의 경우 오랜 시간에 걸쳐 개량되고 특화된 유전적 구조를 갖춘 엥거스나 홀스테인 보다 넓은 분포도를 지니고 있음을 확인할 수 있었으며 엥거스와 홀스테인은 독특한 유전적 특성을 명확히 지니고 있음을 확인할 수 있었다. 생산단계 실용화 시스템에서 각 기관 또는 대학 등에서 개체식별 체계로 활용이 가능할 것으로 예상되지만 국가단위의 검증 시스템으로 활용하기엔 경제적인 면이나 여러 면에서 많은 어려움이 따를 것으로 생각된다. 따라서 본 연구에서 두개의 MS 좌위 세트를 조성하였으며 이 두개의 세트에는 두개의 좌위가 서로 상충되어 있어 서로 다른 기관에서 분석을 실시하였을 때 결과에 대한 비교 분석을 통해 오류를 바로 잡을 수 있도록 설계하였다. 두개의 세트중 하나의 세트는 6개의 MS 좌위를 포함하고 있으며 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타낼 확률 추정치는 0.18 × 10-4이다. 다른 하나의 세트는 7개의 MS 좌위로 구성 되었으며 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타낼 확률 추정치는 0.18 × 10-6이다. 이 두개의 세트를 국가 단위 검증 시스템에 적용함으로서 경제적이면서도 오류를 바로 잡고 신뢰도가 높은 분석 결과를 얻을 수 있을 것으로 생각 된다. 또한 후보유전자의 SNP marker를 이용하였을 경우, 10종의 좌위를 사용할 경우 서로 다른 개체가 동일한 유전자형을 나타낼 확률 추정치는 0.86 × 10-4이었으며 분석에 제시된 총17종의 좌위를 동일성 검정을 위한 개체 식별 시스템에 활용할 경우 0.11 × 10-5 의 짝확률 값이 추정되었다.
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