농가에서 활용할 수 있는 한우의 유전체 정보
농가에서 활용할 수 있는 한우의 유전체 정보
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  • 승인 2018.08.06 14:30
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국립축산과학원 한우연구소 김현주
김현주 연구원
김현주 연구원

우리 고유의 품종 한우는 예로부터 우직하고 순박한 천성을 지닌 영물로 여겨져 우리나라의 설화나 소설 그림 등에 자주 등장하곤 하였다. 이런 한우는 1970년대 농경문화가 발달한 우리나라에서 역용종으로 이용되어 오다가 점차 그 사육 목적이 변경되어 현재는 육용으로 이용되고 있으며, 우수한 육질을 보유한 고품질 소고기로 자리 매김하고 있다. 

 한우가 이렇게 우수한 육질을 보유한 소고기로 자리 잡기까지는 개량을 위한 꾸준한 노력이 바탕 되었다. 한우는 보스 타우루스(Bos taurus) 종으로 1950년대 처음 개량을 위한 능력 조사가 실시되었으며, 1960 ~ 1970년대에 본격적으로 그 방향과 목표를 설정하고 개량 정도를 추정하게 되었다.

80년대부터 지금 현재 국가단위 보증씨수소가 선발이 되기 시작하였으며 1990년대 이후 육질에 대한 개량도 이루어지기 시작하였다. 2000년대에 이르러 국가가 주도하던 한우개량에서 농가가 참여할 수 있도록 다양한 방법(한우 육종농가 제도, 교배계획 길라잡이 및 신랑 찾기 등)을 적용하였고 현재는 유전체 정보를 이용한 최신 개량 기술이 도입되면서 한우는 지속적으로 개량되고 있다.

그렇다면 근래 들어 많은 주목을 받으며 개량 기술에 이용되고 있는 유전체란 무엇일까? 유전체(genome)는 개체가 가지고 있는 유전자(gene)를 포함한 모든 DNA를 의미한다. 유전체 정보는 한 개체에 대한 모든 유전학적 정보를 알 수 있게 해주고 이는 겉으로 드러나는 표현형에 대한 유전적 요인이나 주변 환경 효과에 대해 파악하는데 큰 역할을 하게 된다. 유전체 연구는 주로 각 종의 DNA의 염기서열을 알아내 유전체의 구조적 특징을 파악하고 이들 자료를 큰 하나의 집단(참조집단)으로 만들어 각 개체와 참조집단과의 차이를 바탕으로 연구하게 된다.

 이러한 유전체 기술은 최초 1990년대 미국에서 인간을 대상으로 발전하기 시작하여 2000년대에는 동물 분야에서도 적용하게 되었다. 소의 경우 미국의 헤어포드(Hereford) 종에서부터 연구되기 시작하였으며 2009년까지 약 6년에 거쳐 소(bovine)의 염기서열 분석이 완성되었다. 이를 기반으로 다른 품종에서의 연구도 이루어지고 있으며 한우 역시도 이와 발맞추어 유전체 연구를 시작하게 되었다.

그 결과 2010년 전 세계의 소들 중 세 번째로 한우에서의 유전자 지도가 완성이 되었고, 그동안 사용해왔던 소의 염기서열 중에서 차별성이 있는 부분들을 보완하여 2017년부터는 한우에 적합한 DNA chip을 만들어 이용하기 시작하였다. 이 chip은 지속적으로 연구되고 있는 한우의 질병 및 경제 형질 등에 대한 정보를 반영하여 업데이트 될 예정이며, 향후에는 더 정확한 정보로 능력 예측이나 선발에 이용 될 것이다.

 이러한 유전체 정보들은 실제 산업에 어떻게 적용될 수 있을까? 앞서 말한 유전체 정보는 작게는 하나의 염기서열의 변화, 크게는 전체 염기서열에서의 차이를 통해서 그 정보가 이용되곤 한다. 대표적인 예를 들면 안젤리나 졸리는 유방암과 난소암을 유발할 수 있는 BRCA 유전자의 돌연변이를 확인한 후 유방암 예방 차원에서 발병 전 유방 절제술을 받아 전 세계적으로 이슈 된 바 있다.

이 BRCA 유전자의 돌연변이를 가졌을 때 유방암이 걸릴 확룰은 최대 50%까지 증가하며(안가졌을 때는 2% 수준) 나이가 들수록 그 확률은 더 높아져 70세까지 생존했을 때 최대 87%까지 올라갈 수 있다. 이처럼 그간의 연구된 결과들은 개체의 정보를 더 정확히 파악하고 예측하여 다양한 분야에 많은 도움이 되고 있다.
 
 한우 산업에서의 유전체 정보는 형질과 관련된 유전자 및 그 변화를 찾아 적용하거나 전체 서열에 대한 분석을 통해 이용하는 등의 방법으로 활용될 수 있다. 전자의 경우 한우의 육질이나 육량과 관련한 유전 마커를 찾아 개체 능력 사전 예측 및 조기 선발에 활용하는 방법을 예로 들 수 있다.(유전 마커란 어떤 형질에 관여하는 DNA 배열을 의미한다.)

한우에서는 IN-DEL 유전자에서 결손이 일어났을 때 근내지방도가 하락한다는 연구 결과를 이용하여, 근내지방도를 예측하기 위해 개체의 DNA상의 IN-DEL 유전자에서 결손이 일어났을 때 결손이 일어난 개체에 대해 근내지방도가 낮게 나타날 수 있음을 예측할 수 있다. 이외에도 육질을 개선할 수 있는 SCD, FASN 유전자, 연도(질김 정도)를 개선할 수 있는 CAPN-CAST 유전자, 도체중과 관련한 97개의 마커 등 한우 유전자로 형질을 예측할 수 있는 연구가 진행된 바 있다.

이는 더 나아가 어미소에서의 유전자형을 파악해 송아지의 능력까지도 예측할 수 있는 정보가 된다. 이러한 정보들은 유전체의 일부분만을 활용하기 때문에 전체에 대한 분석보다는 저렴하고 쉽게 이용할 수 있지만, 다른 유전자들과의 상호 작용 효과까지는 알 수 없기 때문에 그 정보의 정확도가 떨어질 수 있다.

그림1. 한우에서의 유전체 정보 활용.
그림1. 한우에서의 유전체 정보 활용.

후자는 전체 유전체를 활용하여 개체의 유전체 육종가를 추정해 개체의 능력을 예측하는데 이용하는 방법 등이 있다. 육종가는 개체가 다음 세대에 물려줄 수 있는 유전 능력을 의미하는데, 유전체 육종가의 경우 개체의 유전정보를 이용하여 그 능력을 추정하는 것이다.(기존의 육종가는 혈통 정보와 표현형 성적을 이용해 추정하였다.)

이 방법은 전체 영역을 활용하기 때문에 하나의 유전자를 이용하는 방법보다 신뢰도가 더 높아질 수 있다. 이렇게 추정된 유전체 육종가는 송아지 때 개체의 능력이 우수할지 아닐지를 판단할 수 있다. 이 결과로 비육 프로그램이나 출하시기를 결정하여 사육하는 사양 방법에 활용해 수익을 증대시킬 수 있다.

실제 관련 연구로 육질이 우수할 것으로 예측되었던 집단에서는 육질 1+등급 이상 출현율이 17.5% 향상되었고, 성장이 우수할 것으로 예측된 집단에서는 육량 A등급 이상 출현율이 5.2% 향상된 결과를 확인한 바 있다. 또한 유전체 육종가는 기존에 혈통에 대한 육종가와 개체의 후대 능력으로 선발해오던 국가단위 보증씨수소 선발 체계에 도입되어 올해부터는 개체의 유전체 정보까지 포함하여 육종가를 추정해 좀 더 신뢰도를 높여 보증 씨수소를 선발하고 있다.

유전체 정보를 이용한 선발은 어떤 장점이 있을까? 우선 보증씨수소를 선발할 때 혈통 정보와 더불어 유전체 정보를 이용해서 유전 능력을 평가하게 된다면 개체의 능력 평가 결과에 대해 좀 더 높은 신뢰도를 얻을 수 있다. 실제 젖소에서도 유전체 육종가를 이용하여 선발을 하고 있는데, 이는 기존의 혈통을 이용한 육종가만을 이용할 때보다 그 신뢰도가 6~12% 높게 나타났다는 연구결과 등을 바탕으로 수행하게 되었다. 더불어 개체마다의 유전정보를 활용할 수 있기 때문에 더 크고 다양한 유전자 풀에서 씨수소를 선발하게 될 수 있을 것이다.

그리고 소규모 집단에서의 유전체 정보를 이용하여 선발하였을 때, 후대 검정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 지금의 국가단위 한우 선발 체계는 한 마리의 씨수소가 선발되기 위해 당대 및 후대 검정을 거치는 동안 최소 60개월이 소요된다. 그러나 소규모 집단에서 유전체 선발을 적용하게 된다면 후대 검정의 기간을 단축할 수 있어 선발 간격을 줄일 수 있다.

 최근 들어 4차 산업혁명이 이슈가 되고 있다. 4차 산업혁명은 인공지능이나 빅데이터, 모바일 등 첨단 정보통신기술이 경제·사회에 반영되어 변화를 나타내는 것을 말한다. 한우 산업도 앞서 언급한 유전체 정보를 이용한 연구뿐 아니라 NGS분석, 빅데이터 분석 등의 첨단 정보통신 기술을 활용하여 세계 시장에 뒤처지지 않도록 노력해야 할 것이다.


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