Earticle

본 연구는 젖소(Holstein종)의 mtDNA D-loop 영역 염기변이 다형성과 경제형질간의 관련성을 분석하기 위하여 수행하였다. 젖소의 mtDNA D-loop 영역에서 단일염기의 치환에 의해 총 35개의 polymorphic site가 확인되었다. 그중 주요 Polymorphic site의 염기변이 빈도는 106, 169, 16057, 16231 및 16255 지역에서 높은 빈도의 염기치환이 검출되었다. 169 지역은 A가 G로 염기치환이 일어났고 그 빈도는 0.555로 높게 나타났으며 염기치환에 의한 산유량 효과는 1259.6 kg(P<0.05)로 나타났다. 유지방과의 관계를 분석한 결과 16118 지역은 A가 G로 치환되는 빈도가 0.02로 검출되었으며, 16135 지역은 T가 C로 치환되는 빈도가 0.02로 검출되었고, 16302 지역은 G가 A로 치환되는 빈도가 0.04로 검출되었다. 이 지역들이 유지방에 미치는 변이 효과는 - 156, - 118.15 및 - 67.77 kg(P<0.1)으로 나타났다. 본 연구에서 검출한 젖소 mtDNA내 D-loop 영역의 염기서열 변이 빈도와 유량, 유지방과의 연관성 분석 결과 등은 젖소집단의 유전적 변이성 추정과 좀 더 다양한 경제형질과의 관련성 분석으로 다양한 유전적 지표인자 발굴에 도움이 될 것이며 이를 통해 분자유전학적 기법을 이용한 젖소의 육종전략을 확립하는데 기초 자료가 되는 것은 물론 분자육종학적인 연구에 기초 자료로서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

This study was performed to analyze the sequence variation in mtDNA D-loop and their effects on milk and milk fat production in Holstein cows. The analyzed sequences were compared with previously published sequences from other cattle breeds (GenBank J01394). PCR was performed to amplify a total of 964 bp between nucleotide 15758 and 383 within D-loop region of mtDNA using specific primers. Thirty five polymorphic sites by nucleotide substitution were found in mtDNA. The frequencies of positions at 106, 169, 16057, 16231 and 16255 nt with high levels of sequence polymorphism were 0.090, 0.555, 0.055, 0.090 and 0.050, respectively. The substitution effect at 169 nt was found significant on milk production, and substitution effect at 16118, 16139 and 16302 nt was highly significant (p<0.1) on milk fat production. Polymorphism of mtDNA sequence in D-loop region might be useful for the analysis of cytoplasmic genetic variation and associations with the other economically important traits and maternal lineage analysis in Holstein cows.

본 연구는 한우 mt DNA 염기서열 가운데 tRNAPro와 tRNAPhe 유전자 사이에 위치하고 있는 D-loop 영역의 염기서열을 결정하고 한우의 염기변이 다형성을 분석하기 위하여 mt DNA의 D-loop 영역내 404번부터 15061까지 1142bp 크기의 염기서열 부위를 특이적인 primer를 이용하여 PCR로 증폭하였다. 한우의 mt DNA내 D-loop 영역에서 단일염기의 치환 및 삽입에 의해 총 24개의 polymorphic site가 확인되었다. 한우 mt DNA D-loop 영역 가운데 16042∼16122번째에 위치하고 있는 영역의 염기치환율이 다른 염기서열 영역에 비하여 약 50%를 점유하고 있었으며 이들 polymorphic site에서 16055, 16230 및 16260 번의 염기치환은 한우에서만 검출된 새로운 염기변이로 확인되었다. 따라서, 한우 D-loop 영역내 특이적인 염기변이는 모계 및 세포질 DNA marker로서 한우품종을 특정하는데 활용할 수 있는 가능성을 시사하였다. Polymorphic site의 출현빈도는 169번째 염기가 81.3%로 가장 출현율이 높았고 다음으로 16302번과 16093번째는 56.3% 그리고 16042번와 16119번째 염기가 각각 50.0%와 43.8%의 치환율을 보였으며 나머지 14개 염기는 6.3%에서 25.0% 수준의 출현율을 나타냈다. 한우와 타 품종간의 유전적 근연관계를 추정한 결과 Bos taurus 계통의 유럽종과 유전적 유사도가 높은 것으로 추정되었고, Africa와 India의 Bos indicus 계통의 품종과는 상대적으로 근연관계가 먼 것으로 나타났다. 본 연구에서 검출한 mt DNA내 D-loop 영역의 염기서열 다형성은 한우집단의 유전적 변이성 추정과 모계유전 분석 및 나아가 경제적으로 중요한 형질들과의 연관성 분석에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

This study was performed to determine sequences of the mt DNA D-loop region, including tRNAPro and tRNAPhe and to analysis sequence variation polymorphism in Korean cattle. The resulting sequencies were compared with previously published sequences for other cattle breeds(GenBank J01394). The PCR was used to amplify an 1142bp between nucleotides 15061 and 404 within the D-loop region of mt DNA using specific primers. Korean cattle showed 24 polymorphic sites by nucleotide substitutions and insertions of single base pairs. About 50% of polymorphic sites were found in positions 16042 to 16122 with the most variable region. Among these polymorphic sites, variations at 16055, 16230 and 16260 bp were detected as new sequence variants in Korean cattle. These specific polymorphic sites have not been reported in the Japanese black cattle and European cattle. Therefore, mt DNA variants in the D-loop region may be used as genetic markers for specifying Korean cattle. The frequencies of positions 169, 16302, 16093, 16042, 16119 with a high level of sequence polymorphism were 0.81, 0.56, 0.56, 0.50 and 0.43, respectively. In comparison of genetic distances, Korean cattle showed the more closely to European cattle as Bos taurus than Bos indicus such as African and India breeds. In conclusion, these mt DNA sequence polymorphisms in the D-loop region for Korean cattle may be useful for the analysis of cytoplasmic genetic variation and associations with economic important traits and genetic analysis of maternal lineage.

본 연구는 한우의 mtDNA D-loop 영역 염기변이가 산유량에 미치는 효과를 검증하기 위하여 수행하였다. 젖소의 mtDNA D-loop 영역에서 단일염기의 치환이 20개의 지역에서 확인되었다. 그중 8, 169, 16042, 16051, 16057, 16093, 16119, 16122, 16209, 16255, 16302 bp 지역에서 높은 빈도의 염기치환이 검출되었다. 16119 bp 지역에서는 T가 C로 치환된 빈도가 0.138로 검출되었으며, 이 위치에서의 염기치환에 의한 산유량 효과는 -1.611(p<0.1)로 나타났다. 16185 bp 지역에서의 염기치환에 의한 산유량 효과는 3.557(p<0.05)로 나타났으며 G가 A로 치환된 빈도는 0.063로 나타났다. 본 연구에서 검출한 한우 다유계통 집단의 mtDNA내 D- loop 영역의 염기서열 변이 빈도와 유량과의 연관성분석 결과 등은 한우 집단의 유전적 변이성 추정과 좀 더 다양한 경제형질과의 관련성 분석으로 다양한 유전적 지표인자 발굴에 도움 될 것이며 이를 통해 분자유전학적 기법을 이용한 한우의 육종 전략을 확립하는데 기초 자료가 되는 것은 물론 우리나라 고유 품종인 한우의 유전자원 보존과 분자육종학적인 연구에 기초 자료로서 유용하게 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

This study was performed to analyze the sequence variations of mtDNA D-loop and their effects on milk in Hanwoo(Korean cattle). The resulting sequences were compared with previously published sequences for other cattle breeds (GenBank J01394). The Polymerase Chain Reaction was performed to amplify a total of 964 bp between nucleotide 15758 and 383 within D-loop region of mtDNA using specific primers. Twenty polymorphic sites by nucleotide substitution were found in mtDNA D-loop region of Hanwoo. The frequencies of positions at 8, 169, 16042, 16051, 16057, 16093, 16119, 16122, 16209, 16255 and 16302 nt with high levels of sequence polymorphism were 0.150, 0.950, 0.085, 0.138, 0.106, 0.085, 0.138, 0.212, 0.085, 0.148 and 0.180, respectively. The substitution effect at 16119(p＜0.1) and 16185(p＜0.05) nt was found significant on milk production. Polymorphism of mtDNA sequence in D-loop region could be useful for the analysis of cytoplasmic genetic variation and associations with the other economically important traits and maternal lineage analysis in Hanwoo.

닭의 품종 기원을 결정하거나 유전적 변이의 정도를 확인 하는데 미토콘드리아 DNA D-loop 염기서열을 이용하여 오고 있다. 본 연구는 한국재래계 갈색종과 흑색종, 로드아일랜드레드종, 코니쉬종의 4품종 41개체의 염기서열을 분석함으로 품종간의 유전적 연관관계를 확인하였다. 그 결과 총 10개의 haplotype를 확인할 수 있었으며, haplotype 1과 2는 가장 많은 수인 8개체씩이 포함되었다. 계통도 분석을 통해 한국재래계 흑색종과 갈색종은 haplotype 2를 모두 가지고 있는 것으로 확인되었으며, 이 haplotype은 적색야계와 유전적으로 가깝게 위치한 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 D-loop 염기서열 변이가 품종 판별 마커로 이용 가능성이 있는지 확인하였다. 그 결과 여러 단일염기다형 마커의 조합으로 품종의 구분이 가능할 것으로 추정되며, 앞으로 더 많은 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다. 이 연구의 결과는 한국재래계의 보존 및 육종계획 수립과 더불어 품종판별 마커의 개발의 기초 자료를 제공할 것으로 생각된다.

In order to determine the origin and genetic diversity among chicken breeds, mitochondrial (mt) DNA D-loop sequences have been widely used. In this study, 41 individuals from four breeds (Korean native chicken (Black and Brown) and two imported breeds, Rhode Island Red and Cornish) were used for identifying genetic relationships with other chicken breeds. We obtained ten haplotypes and the highest number of haplotype was represented by eight individuals each from haplotype 1 and haplotype 2. Neighbor-joining phylogenetic tree indicates that the black and brown Korean native chicken breeds were mixed in haplotype 2 and they were closely related with the red jungle fowl (Gallus gallus). We also investigated whether the D-loop hypervariable region in chicken mtDNA can be used for the breed identification marker. The results indicated that the combination of the SNPs in the D-loop region can be possibly used for the breed discriminating markers. The results obtained in this study can be used for designing proper breeding and conservation strategies for Korean native chicken, as well as development of breed identification markers.

Seventeen haplotypes were detected from the complete mitochondrial DNA control region sequences analyzed from eighty individuals of two Tibetan domestic sheep breeds. The nucleotide composition of all the sequences was 33.0% A, 29.7%T, 22.9%C and 14.4%G; G+C was 37.3%. The length of the sequences ranged from 1,107 bp to 1,259 bp. The difference between them was primarily due to 3-5 copy numbers of a 75 bp tandem repeat sequence. The NJ phylogenetic tree (the number of replications of bootstrap test is 1,000) presented three major domestic sheep lineages, which suggested that modern Tibetan sheep breeds are derived from three maternal sources.

To investigate the genetic relationships among various cattle breeds, bovine mtDNA D-loop region was used in 411 animals of 18 cattle breeds, including 8 Asian Bos taurus, 7 European Bos taurus, 1 Asian Bos indicus, and 2 African Bos indicus. The size of amplified PCR products from mtDNA D-loop region was 964 bp and the products were digested by 15 different restriction enzymes. Two different band patterns were identified in eight restriction enzymes (BstXI, Hae III, Msp I, Apa I, Taq I, Alu I, BamH I, EcoN I) and the rest of restriction enzymes showed more than 3 different band patterns among which Apo I and MspR9 resulted in 7 different restriction patterns. The genotypes, number of haplotype, effective number of haplotype, and degree of heterozygosity were analyzed. Based on all the PCR-RFLP data, different haplotypes were constructed and analyzed for calculating genetic distances between these breeds using Nei's unbiased method and constructing a phylogenetic tree.

동아시아에서 돼지 사육은 황하 유역을 비롯한 중국의 여러 지역에서 독립적으로 확립된 후 한국과 일본 등지로 확산되었을 것으로 본다. 하지만 이는 고고학적 발굴 보고에 의해 추정된 것으로 유전학적으로는 아직 완전히 규명되지 않았다. 본 연구는 한국, 일본, 중국 등지에서 기존에 보고된 고대 및 현대의 멧돼지 및 사육돼지 미토콘드리아 DNA D-loop 영역 (138 bp)에 대해 하플로타입 기반 네트워크 연구를 수행하여 이 지역 돼지 사육의 기원과 그 확산과정을 유전학적으로 살펴보고자 하였다. 그 결과, 중국에서 보고된 돼지 미토콘드리아 DNA 하플로타입 중 H1, H2, H3, H6 등이 동아시아 사육돼지의 조상에 해당하는 특징을 보여 동아시아 돼지 사육의 초기 중심지 가 중국임을 네트워크 연구를 통해서 확인할 수 있었다. 한편 한국과 일본의 사육돼지의 확립과 확산에 대해서는 이 분석을 통해서도 아직 분명하게 해명하지 못한 부분이 있어 추후 보완 연구가 필요하다.

The domestication of pigs in East Asia is believed to have been independently established in several regions of China, including the Yellow River basin, before spreading to areas such as Korea and Japan. However, this view is based on archaeological excavation reports and has not yet been fully clarified from a genetic perspective. This study conducted a haplotype-based network analysis on the mitochondrial DNA D-loop region (138 bp) of ancient and modern wild and domesticated pigs previously reported in Korea, Japan, and China, aiming to genetically explore the origins and spread of pig domestication in this region. As a result, haplotypes such as H1, H2, H3, and H6-reported in Chinese pigs-were found to exhibit characteristics corresponding to the ancestors of domesticated pigs in East Asia, confirming through network analysis that China was the early center of pig domestication in the region. On the other hand, the establishment and spread of domesticated pigs in Korea and Japan remain unclear even through this analysis, indicating the need for further supplementary research