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같은 유전자라도 닭 성별 따라 성장에 끼치는 영향 달라

- 토착종 토종닭 암·수 유전자 전사체 비교 … 실용닭 개발에 활용 -

농촌진흥청(청장 조재호)은 토종 실용닭을 개발할 때 씨닭 교배 조합에 활용하기 위해 토착종 토종닭인 ‘한국로드아일랜드레드’ 순계* 에서 성별에 따라 다르게 발현되는 성 특이적 유전자를 찾고, 유전자의 기능을 밝혔다.

*닭의 육종을 목적으로 사육하는 닭, 계통 고유의 형질을 보유하고 있음, (Pure Line, 純系)

토종닭은 재래종*과 토착종으로 나뉜다. 토착종은 외국에서 도입됐지만, 국내에서 7세대 이상 대를 이어 우리나라 기후 풍토에 완전하게 적응한 품종이다. 국립축산과학원은 다양한 국내 토종닭 순계교배 조합을 이용해 사육 농가와 소비자 모두가 원하는 실용닭을 개발해 보급하고 있다.

* 예로부터 우리나라에서 사육해온 닭, 다른 품종과 섞임이 없이 순수혈통을 유지하여 온 품종

연구진은 씨닭 교배 조합에 활용할 수 있는 성 특이적 유전자를 찾기 위해 가금연구소에서 토종닭 개량을 위해 보존하고 있는 순계‘한국로드아일랜드레드’유전자의 전사체* 정보를 분석했다.

* 세포나 조직에서 한순간 발현되는 전체 리보 핵산(RNA)의 모음을 의미.

분석 결과, 성을 구분 짓는 성염색체뿐만 아니라 상동염색체에서도 성별에 따라 다르게 발현되는 유전자 109개를 발견했다. 또한 해당 유전자가 몸의 발달, 세포의 성장과 사멸, 멜라닌 생성, 신경계 발달에 관여하는 것을 확인했다.

암수가 똑같이 보유한 상동염색체의 유전자가 다르게 발현됐다는 것은 암탉일 때와 수탉일 때의 장점이 각각 다를 수 있는 계통임을 의미한다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘한국통합생물학회(Animal Cells and Systems, IF 2.398)’에 게재되어 학술적으로 가치를 인정받았다. 무엇보다 상동염색체의 유전자가 성별에 따라 다르게 발현되어 닭의 성장에 영향을 미친다는 사실을 과학적으로 확인했다는 데 의의가 있다.

토종 실용닭 개발에 성 특이적 유전자와 기능을 고려하면 부계와 모계의 교배 조합을 효율적으로 구성할 수 있으며, 개발 시간을 단축할 수 있을 것으로 기대된다.

농촌진흥청 국립축산과학원 동물유전체과 조용민 과장은 “이번 연구를 시작으로 토착종 및 재래종 토종닭 순계에 대한 성 특이적 유전자 발굴 연구를 지속해 토종닭 자원을 이용한 실용닭 개발에 활용할 수 있도록 하겠다.”라고 말했다.

붙임. ‘한국로드아일랜드레드’ 닭의 성 특이적 유전자 구명

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 연구이야기 

□ 전사체 정보를 이용한 생물정보 분석 결과

○ 한국로드아일랜드 4주령 암탉 5마리 수탉 5마리 전사체 차등발현유전자 발굴

- 주성분(PCA) 분석 결과 PC1(36.91%) 기준으로 암·수가 서로 분리되는 것을 확인

- 총 254개의 차등발현유전자를 발굴했으며, 암탉을 기준으로 발현이 증가하는 유전자는 154개, 감소하는 유전자는 100개 확인

- 상동염색체에서 차등발현유전자는 109개였으며, 발현이 증가하는 유전자는 93개, 감소하는 유전자는 16개 확인

그림 1 전사체를 이용한 주성분 분석

그림 2 차등발현유전자 발현 패턴

그림 3 차등발현유전자 분포

표1. 차등발현유전자 요약 표

○ 차등발현유전자를 이용하여 기능 및 네트워크 분석

- 차등발현 유전자의 기능 분석 결과, 각각 23개(GO Term 분석), 33개(KEGG Pathway 분석)의 유의미한 기능을 확인하였고 대표적으로 사지 발달, 칼슘 이온 결합, 단백질성 세포외기질, 신경세포 사멸 과정, TGF-베타 신호 등과 같은 몸의 발달과 뉴런에 영향을 미치는 것을 확인.

- 네트워크 분석을 통해 각각의 기능에 다양한 차등발현 유전자가 연결되는 것을 확인.

- 특히 상동염색체 영역의 ‘BMP5’ 유전자는 신호 전달과 조직 발달에 중요한 역할을 하는 것을 확인.

그림 4 GO Term 분석 결과

그림 5 KEGG Pathway 분석 결과

그림 6 네트워크 분석 결과

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