한우의 전장 유전체 복제수 변이(CNV) 발굴 및 도체형질과의 연관성 분석

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한우의 전장 유전체 복제수 변이(CNV) 발굴 및 도체형질과의 연관성 분석

신동현 ․ 오재돈^* 전북대학교 동물생명공학과

Genome-wide Copy Number Variations and Association Study with Carcass Traits in Hanwoo

Dong-Hyun Shin and Jae-Don Oh^*

Department of Animal Biotechnology, Chonbuk National University, Jeonju 54896, Korea

ABSTRACT¹⁾

Copy number variation (CNV) is one of structural variation types that shows various numbers of copies in segments of the DNA. This study aimed to identify the association between copy number variation regions (CNVRs) and carcass traits in Hanwoo. We analyzed a total of 571 Hanwoo steers with the four carcass traits (marbling score (MS), backfat thickness (BF), carcass weight (CW), loineye muscle area (LMA)). PennCNV program was used to identify the CNVs and CNVRuler program was used to analyze the association between CNVRs and carcass traits. A total of 1,659 CNVRs were identified in the whole genome of Hanwoo. These 1,659 CNVRs divided into 415 Gain, 1082 Loss and 162 Gain/Loss events. A genome wide association analysis between the CNVRs and the carcass traits was performed using CNVRuler program. The number of significant CNVR at a threshold of p<1×10^-4 was 2, 7, 2 and 1 loci for MS, BF, CW and LMA, respectively. We performed gene ontology (GO) analysis for the genes in the significant CNVRs using DAVID. ABCA2 and EDF1 were related to regulation of lipid metabolic process. C8G, TRAF2 and STAB2 were related to immune. CHST11 was related to developmental growth. Our results may provide an important resource for molecular breeding research in Hanwoo.

(Key words: CNV (Copy number variation), SNP chip, Hanwoo)

Ⅰ. 서론

동물생명공학 관련 분야에서 가축의 육종 및 개량은 산 업적으로 매우 중요한 위치를 차지하고 있으며, 가축의 통 계육종 기법의 발전과 인공수정 기술 및 수정란 이식 기술 등의 발전에 힘입어 지속적인 발전을 이루어 왔다. 최근 주 요 가축들의 표준유전체 지도가 완성되면서 전장 유전체

정보를 이용한 대용량 SNP chip이 상용화되었으며, 경제 형질 관련 전장유전체 연구(GWAS)와 유전체육종가 (GEBV) 관련 연구가 활발히 진행 중에 있다(Elsik 등, 2009;

Hillier 등, 2004; Gibbs 등, 2009; Wade 등, 2009; Groenen 등, 2012). 또한 대용량 SNP chip을 이용한 CNV(copy number variation) 발굴 및 형질과의 연관성 연구가 인간 은 물론 다양한 축종에서 보고되고 있다. CNV란 복제수

* Corresponding Author: Jae-Don Oh, Department of Animal Biotechnology, Chonbuk National University, Jeonju 54896, Korea.

Tel: +82-63-219-5505, E-mail: [email protected]

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변이를 지칭하며, SNP와는 다른 형태의 다형성을 지닌 변 이로 예외적인 구조적 변이가 아닌 유전체 전반에 광범위 하게 존재하고 있음이 인간 유전체 연구를 통해 처음으로 보고되었다(Iafrate 등, 2004; Sebat 등, 2004). 그 이후 주요 가축인 돼지(Fadista 등, 2008), 개(Chen 등, 2009) 닭 (Volker 등, 2010) 및 소(Liu 등, 2010; Bickhart 등, 2012) 등에서 CNV 탐색 연구가 보고되었고, 이를 활용한 기술개 발 연구가 활발히 이루어지고 있다. 큰 크기의 복제와 결 손은 dosage-sensitive 유전자 영역의 변화로 인해 특정 유 전질환에 영향을 미치고 있음이 인간 유전체 연구를 통해 보고되었다(McCarroll 등, 2007; Liu 등, 2009; Need 등, 2009; Zhang 등, 2009). 또한 소에서도 CNV가 경제형질에 연관되어 있음이 연구를 통해 보고되고 있다(Xu 등, 2014;

Zhang 등, 2014).

대용량 SNP chip 데이터는 유전체육종가 추정을 위한 유용한 도구로 이용되고 있으며, 전통적인 통계육종 기법 과 비교하여 조기선발을 위한 신뢰도가 상당히 높은 수준 으로 개량속도 가속화를 위한 강력한 도구로 각광을 받고 있다(VanRaden 등, 2009; Rolf 등, 2010; Su 등, 2012). 또한 생산된 유전체 정보는 CNV를 탐색하고 형질과의 연관성 을 분석하는데 유용한 도구로 활용되고 있다. 최근 한우에 서도 SNP chip을 이용한 유전체 육종가 추정에 관한 연구 가 상당히 진행되었으며, 산업적 적용을 위한 기술 개발 연구가 활발히 추진 중에 있다(Kim 등, 2010; Cho 등 2011;

Lee 등 2012). 반면, 한우의 SNP chip을 통해 생산된 정보 를 이용한 CNV 연구는 Bovine SNP 50K BeadChip을 이 용한 보고가 있었으나(Bae 등, 2010), 아직까지 매우 미흡 한 수준에 있다. 한편, NGS 기법을 이용해 생산된 한우의 유전체 정보를 이용한 CNV 연구가 일부 진행되고 있으나, 아직까지는 유전체 정보를 생산하기 위해 투입되는 비용 이 높아 경제형질과의 연관성 분석에 적합한 데이터 생산 에 어려움이 있어 CNV 탐색 또는 다른 품종들과의 비교 수준의 연구가 보고된 바 있다(Choi 등, 2013).

따라서 본 연구는 한우의 유전체 육종가 추정을 위해 생 산된 유전체 정보를 이용하여 CNV를 탐색하고, 탐색된 CNV와 경제형질간의 연관성 분석을 실시하였다. 본 연구 는 기존에 사용된 유전체 정보를 이용한 추가적인 분석을 통해 정보의 활용성을 극대화 시키고, 추가적인 유용 유전 체 정보 발굴을 통해 유전체 육종가 추정 기술의 고도화와 경제형질 관련 유전체의 기능 해석을 위한 기초자료로 매 우 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 기대되어진다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 공시재료

본 연구에 사용된 공시재료는 Sharma 등(2014)의 연구 를 통해 활용된 한우 상업 축군의 거세우 유전체 정보(총 867두) 중 571 두의 정보를 제공받아 수행하였다. SNP 유 전자형 분석 정보는 Illumina사의 BovineHD BeadChip (777K SNPs)을 통해 생산된 raw data를 제공 받아 CNV 발굴 및 연관성 분석에 이용하였다.

2. CNV 탐색

Illumina사에서 제공하는 GenomeStudio(ver. 2011.1) 프 로그램을 이용하여 각 개체별 SNP 마커에 대한 Log R Ration과 B allele frequency 값을 추정하여 PennCNV 실 행 파일을 생성하였다. PennCNV는 Wang 등(2007)이 개 발한 Hidden Markov Model(HMM) 기반의 알고리듬을 이용해 CNV를 탐색하는 프로그램이다. PennCNV quality control(QC) 필터링을 위해 다음의 조건을 설정하였다. i) 샘플의 LRR 표준편차<0.30, ii) BAF drift= 0.01, iii) waviness factor 값을 -0.05에서 0.05사이로 설정.

PennCNV를 실행하여 각 개체별 보유한 CNV 지역을 추 정하고, 다음으로 CNVRuler 소프트웨어(Kim 등, 2012)를 이용하여 집단 내에서 각 CNV의 패턴을 계산하여 크기와 구간을 결정하였으며, “Gain/Loss separated regions” 옵 션을 추가적으로 사용하였다.

3. 도체형질과의 연관성 분석

CNVRuler 소프트웨어에서 제공하는 regression 모델을 이용해 CNV와 도체형질간의 연관성 분석을 수행하였고, 분석 모형은 아래와 같다.

yijkl = μ + YSi + Agej + CNVk + eijkl

여기서, yijkl는 각 도체형질(근내지방도, 등지방 두께, 도 체중, 등심단면적), YSi는 출생년도와 계절 효과, Agej는 도 축연령(개월), CNVk는 각 CNV의 효과 및 eijkl는 잔차에 대 한 벡터를 나타낸다.

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4. 유전자 Annotation

소의 기준유전체 UMD 3.1를 활용하여 도체형질과의 연 관성이 확인된 CNV의 영역내에 존재하는 유전자 정보를 확보하였으며, 확보된 유전자 정보는 DAVID 프로그램 (http://david.ncifcrf.gov)을 이용하여 gene ontology(GO) 를 확인하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

본 연구는 소의 high-density(HD) SNP chip을 이용해 한우 571 두의 유전체정보에서 CNV를 탐색한 결과 1659 개를 확인하였으며, Table 1에는 각 염색체별 확인된 CNV 의 수를 제시하였고, Fig. 1에는 각 염색체별 CNV의 위치 를 표시하여 제시하였다. 이중 Gain은 415개, Loss는 1082

개, Gain과 Loss가 함께 존재하는 Gain/Loss는 162개가 확인되었다(Table 1). 분석된 한우의 CNV는 모든 염색체 상에 골고루 분포하고 있는 것은 아니었다. 23번과 24번 염색체에서는 CNV가 확인되지 않았다. 한우의 CNV 중, 최소 변이 구간의 영역은 2번 염색체에 Gain형태의 1,135bp(60, 472, 733~60, 473, 868bp) 크기로 확인되었다.

최대 변이 구간의 영역은 5번 염색체에 Loss형태의 2,874,327bp(64, 797, 468~67, 671, 795bp) 크기로 확인되었 으며, CNV들의 평균 크기는 52,648bp인 것으로 확인되었 다. 또한 가장 많은 수의 CNV를 보유한 개체는 86개를 보 유하고 있었고, 가장 적은 수의 CNV를 보유한 개체는 1개 를 보유한 것으로 확인되었으며, 각 개체가 보유한 CNV의 수는 평균 10.7개로 확인되었다(Table 2). 한우 CNV의 크 기에 따른 분포도를 Gain, Loss 그리고 Gain/Loss로 나누 어 Fig. 2에 제시하였다. 10kb를 초과하면서 50kb 이하인 크기를 가진 CNV가 583 개로 가장 높은 분포를 보이고 있

Fig. 1. Distribution of copy number variation regions (CNVRs) on the chromosomes.

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Table 1. Distribution of copy number variation regions (CNVRs) on the chromosomes

Chr Gain Loss Gain/Loss Total

1 64 90 19 173

2 36 66 11 113

3 10 49 6 65

4 19 65 4 88

5 12 58 10 80

6 14 76 9 99

7 17 64 10 91

8 10 56 11 77

9 20 67 7 94

10 13 39 6 58

11 19 43 4 66

12 8 68 12 88

13 12 12 1 25

14 12 28 9 49

15 15 42 3 60

16 11 28 3 42

17 15 40 8 63

18 6 14 2 22

19 11 20 4 35

20 7 32 2 41

21 5 16 3 24

22 26 16 8 50

23 - - - -

24 - - - -

25 8 10 4 22

26 9 19 1 29

27 5 19 2 26

28 11 17 2 30

29 9 15 0 24

X 11 13 1 25

Total 415 1082 162 1659

었다. 500kb를 초과하는 크기의 CNV는 총 11개가 확인 되 었다(Gain: 1, Loss: 8, Gain/Loss: 2). 소의 HD SNP chip 을 이용해 CNV를 분석한 또 다른 보고에서, Hou 등(2012)

은 674 개체에서 총 3,346개의 CNV를 탐색하였으며, Jiang 등(2013)은 96 개체에서 총 367개의 CNV를 탐색하였고, Xu 등(2013)은 630 개체에서 총 3,364개의 CNV를 탐색하 였다. CNV의 크기를 결정하는 범위의 경계는 이를 추정하 기 위한 알고리즘과 사용되는 플렛폼의 SNP 밀도를 반영 하기 때문에 같은 축군을 분석 하더라도 서로 다른 결과가 나올 가능성이 충분히 존재한다(Henrichsen 등, 2009). 따라 서 Hou 등(2012)과 Xu 등(2013)의 결과에 비해 본 연구에 서 확인된 CNV의 수가 비교적 적게 나타났으나, 이는 서로 다른 품종 축군과 공시재료의 수 그리고 분석에 사용된 서 로 다른 프로그램의 차이에서 기인된 것으로 사료된다.

37 74

216

53 34

1 54

133 583

201

103

5 8 8

72

45 30

0 2 100 200 300 400 500 600

< 5 kb ~10 kb ~50 kb ~100 kb ~500 kb > 500 kb

Gain Loss Gain-loss

Fig. 2. Distribution of the lengths of copy number variation regions (CNVRs).

이렇게 확인된 CNV들과 도체형질(근내지방도(MS), 등 지방두께(BF), 도체중(CW) 그리고 등심단면적(LMA))과의 연관관계를 CNVRuler 프로그램을 이용하여 분석을 수행 하였다. 분석결과 p<0.0001 수준의 유의적인 연관성이 12 개의 CNV 지역에서 확인되었다. 근내지방도(MS)에서는 2 개의 지역, 등지방 두께(BF)에서는 7개 지역, 도체중(CW) 에서는 2개의 지역 그리고 등심단면적(LMA)에서는 1개의 지역이 확인되었다(Table 3). 이중 양의 연관성이 확인된 CNV 지역은 10개이며, 부의 연광성이 확인된 CNV 지역

Table 2. Summary of the confidence copy number variation regions (CNVRs) in Hanwoo

Max Min Mean

Gain (duplication) 815,334 bp 1,135 bp 37,916 bp

Loss (deletion) 2,874,327 bp 1,566 bp 53,769 bp

Gain/Loss 1,880,823 bp 1,482 bp 83,092 bp

Total CNV length 2,874,327 bp 1,135 bp 52,648 bp

No. of CNVs per sample 86 1 10.7

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Table 3. Significant CNV region associated with carcass traits in Hanwoo

Trait CNVR ID CNV region Length (bp) t value p-value Genes

MS CNVR_loss_485 Chr7: 36238835-36301524 62,689 -3.760 1.87×10^-4 DTWD2 CNVR_gain_326 Chr11: 106214468-106357327 142,859 3.464 5.71×10^-4

ABCA2, LCNL1, CLIC3, LNC12, C8G, FBXW5, TRAF2, EDF1, MAMDC4,

PHPT1, C9orf172, RABL6 BF CNVR_loss_637 Chr9: 49467737-49534977 67,240 4.750 5.86×10^-6

CNVR_loss_644 Chr9: 55452900-55552425 99,525 3.911 1.02×10^-4

CNVR_gain_497 Chr22: 40237259-40239430 2,171 3.734 2.07×10^-4 PTPRG CNVR_loss_337 Chr5: 44506573-44554245 47,672 3.692 2.44×10^-4

CNVR_loss_941 Chr16: 1553995-1564604 10,609 3.385 7.59×10^-4 CNVR_loss_855 Chr13: 30808057-30862956 54,899 3.385 7.59×10^-4 CNVR_gain_434 Chr18: 4045210-4104557 59,347 3.317 9.67×10^-4 CW CNVR_loss_346 Chr5: 67753984-68468614 714,630 -3.527 4.53×10^-4

STAB2, NT5DC3, HSP90B1, C12orf73, TDG,

GLT8D2, HCFC2, NFYB, TXNRD1, CHST11 CNVR_loss_684 Chr10: 27086857-27117598 30,741 3.385 7.59×10^-4

LMA CNVR_gain_254 Chr8: 88170752-88175677 4,925 3.577 3.77×10^-4 MS; marbling score, BF; backfat thickness, CW; carcass weight, LMA; loineye muscle area

은 2개이다. 근내지방도와 도체중에서 각 1개씩의 CNV 지 역이 부의 연관성이 확인되었고, 나머지는 모두 양의 연관 성이 확인되었다. 도체형질과 유의적인 연관성이 확인된 CNV 지역 중 유전자영역을 포함하고 있는 CNV는 모두 4 개로 확인되었으며, 이들이 포함하고 있는 유전자의 수는 총 24개이다.

근내지방도에서 연관성이 확인된 CNVR_loss_485는 7번 염색체의 36, 238, 835-36, 301, 524bp 위치에 1개(DTWD2) 의 유전자가 포함되어 있으며, CNVR_gain_326은 11번 염 색체의 106, 214, 468-106, 357, 327bp 위치에 12개(ABCA2, LCNL1, CLIC3, LNC12, C8G, FBXW5, TRAF2, EDF1, MAMDC4, PHPT1, C9orf172, RABL6)의 유전자가 포함되 어 있다. 등지방 두께에서 연관성이 확인된 CNVR_

gain_497는 22번 염색체의 40, 237, 259-40, 239, 430bp 위 치에 1개 (PTPRG)의 유전자가 포함되어 있다. 도체중에서 연관성이 확인된 CNVR_loss_346은 5번 염색체의 67, 753, 984-68, 468, 614bp 위치에 10개(STAB2, NT5DC3, HSP90B1, C12orf73, TDG, GLT8D2, HCFC2, NFYB, TXNRD1, CHST11)의 유전자가 포함되어 있다. 등심단면 적에서 연관성이 확인된 CNV 지역은 유전자를 포함하고

있지 않은 것으로 확인 되었다.

Table 4는 도체형질과 유의적인 연관성이 확인된 CNV 지역에 포함되어 있는 유전자들의 생물학적 경로(Biological process: BP)의 gene ontology(GO)를 조사하여 제시하였 다. 근내지방도에서 유의적 연관성이 확인된 CNV 지역에 포함된 유전자들 중, ABCA2(ATP-Binding Cassette, Sub-Family A, Member 2)는 regulation of intracellular lipid transport(GO:0032377)와 lipid homeostasis(GO:0055088) 등, EDF1(endothelial differentiation-related factor 1)은 regulation of lipid metabolic process(GO:0019216) 등의 GO를 확인 할 수 있었으며, 근내지방도 형질과의 연관성 을 설명하는데 주요한 단서가 될 것으로 기대되어진다. 또 한 C8G(complement component 8, gamma polypeptide) 와 TRAF2(similar to TNF receptor-associated factor 2) 유 전자는 면역에 관련된 다수의 GO(GO:0002250, GO:

0002253, GO:0002684, GO:0002711, GO:0050778 등)를 확 인 할 수 있었다. 도체중에서 유의적 연관성이 확인된 CNV 지역에 포함된 유전자들 중, CHST11(carbohydrate sulfotransferase 11)은 skeletal system development (GO:0001501)와 developmental growth(GO:0048589) 등,

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HSP90B1(tumor rejection antigen(gp96) 1)는 negative regulation of apoptosis(GO:0043066)와 response to oxygen levels(GO:0070482) 등, STAB2(stabilin 2; hyaluronan receptor for endocytosis-like)은 receptor-mediated endocytosis

(GO:0006898), defense response to bacterium(GO:0042742) 등의 GO를 확인 할 수 있었으며, 도체중 형질과의 연관성 을 설명하는데 주요한 단서가 될 것으로 기대되어진다.

Table 4. List of Gene ontology (GO) within the significant CNVRs for carcass trait

ID GOTERM_BP_FAT

ABCA2 GO:0006355, GO:0006357, GO:0008202, GO:0008203, GO:0009719, GO:0009725, GO:0010033, GO:0032368, GO:0032371, GO:0032374, GO:0032377, GO:0032380, GO:0032383, GO:0032386, GO:0042493, GO:0042592, GO:0042632, GO:0045449, GO:0048545, GO:0048878, GO:0051252, GO:0055088, GO:0055092, GO:0060341 FBXW5 GO:0006508, GO:0009057, GO:0019941, GO:0030163, GO:0043632, GO:0044257, GO:0044265, GO:0051603 MAMDC4 GO:0008104, GO:0015031, GO:0045184

TRAF2 GO:0002705, GO:0002706, GO:0002708, GO:0002709, GO:0002711, GO:0002718, GO:0002720, GO:0002724, GO:0002726, GO:0002819, GO:0002822, GO:0002824, GO:0006461, GO:0006915, GO:0007242, GO:0007243, GO:0007249, GO:0007250, GO:0008219, GO:0010941, GO:0010942, GO:0012501, GO:0016265, GO:0019220, GO:0032147, GO:0032663, GO:0032743, GO:0033674, GO:0042325, GO:0042981, GO:0043065, GO:0043067, GO:0043068, GO:0043085, GO:0043549, GO:0043933, GO:0044093, GO:0045859, GO:0045860, GO:0048584, GO:0050778, GO:0050863, GO:0050865, GO:0050867, GO:0050870, GO:0051174, GO:0051240, GO:0051249, GO:0051251, GO:0051338, GO:0051347, GO:0065003

CHST11 GO:0000271, GO:0001501, GO:0002062, GO:0002063, GO:0005976, GO:0006022, GO:0006023, GO:0006024, GO:0006029, GO:0006790, GO:0007585, GO:0009100, GO:0009101, GO:0009791, GO:0009792, GO:0009968, GO:0010648, GO:0010941, GO:0016051, GO:0017015, GO:0030166, GO:0030203, GO:0030204, GO:0030206, GO:0030326, GO:0030512, GO:0033037, GO:0035107, GO:0035108, GO:0035113, GO:0035121, GO:0042127, GO:0042733, GO:0042981, GO:0043009, GO:0043066, GO:0043067, GO:0043069, GO:0044272, GO:0048562, GO:0048568, GO:0048589, GO:0048598, GO:0048701, GO:0048703, GO:0048704, GO:0048705, GO:0048706, GO:0048736, GO:0050650, GO:0050654, GO:0051216, GO:0060548

CLIC3 GO:0006811, GO:0006820, GO:0006821, GO:0015698

C8G GO:0002250, GO:0002252, GO:0002253, GO:0002443, GO:0002449, GO:0002455, GO:0002460, GO:0002526, GO:0002541, GO:0002684, GO:0006508, GO:0006952, GO:0006954, GO:0006955, GO:0006956, GO:0006957, GO:0006958, GO:0006959, GO:0008219, GO:0016064, GO:0016265, GO:0016485, GO:0019724, GO:0019835, GO:0045087, GO:0048584, GO:0050778, GO:0051604, GO:0051605

EDF1 GO:0006350, GO:0006355, GO:0019216, GO:0030855, GO:0043388, GO:0044093, GO:0045446, GO:0045449, GO:0051098, GO:0051099, GO:0051101, GO:0051252, GO:0060429

HSP90B1 GO:0001666, GO:0006457, GO:0006511, GO:0006873, GO:0006874, GO:0006875, GO:0006916, GO:0008104, GO:0009057, GO:0010498, GO:0010941, GO:0015031, GO:0019725, GO:0019941, GO:0030003, GO:0030005, GO:0030163, GO:0030433, GO:0042592, GO:0042981, GO:0043066, GO:0043067, GO:0043069, GO:0043161, GO:0043632, GO:0044257, GO:0044265, GO:0045184, GO:0048878, GO:0051208, GO:0051235, GO:0051238, GO:0051603, GO:0055065, GO:0055066, GO:0055074, GO:0055080, GO:0055082, GO:0060548, GO:0070482 HCFC2 GO:0006355, GO:0006357, GO:0016032, GO:0045449, GO:0051252

NFYB GO:0006350, GO:0006355, GO:0009891, GO:0010557, GO:0010604, GO:0010628, GO:0031328, GO:0045449, GO:0045893, GO:0045935, GO:0045941, GO:0051173, GO:0051252, GO:0051254

PHPT1 GO:0006793, GO:0006796, GO:0016311

PTPRG GO:0006470, GO:0006793, GO:0006796, GO:0007166, GO:0007167, GO:0007169, GO:0016311

TDG GO:0006220, GO:0006244, GO:0006259, GO:0006284, GO:0006285, GO:0006298, GO:0006308, GO:0006974, GO:0009057, GO:0009166, GO:0009219, GO:0009223, GO:0009262, GO:0009264, GO:0009394, GO:0033554, GO:0034655, GO:0034656, GO:0044265, GO:0044270, GO:0045008, GO:0046700

STAB2 GO:0001525, GO:0001568, GO:0001944, GO:0006897, GO:0006898, GO:0006952, GO:0007155, GO:0009617, GO:0010324, GO:0016044, GO:0016192, GO:0022610, GO:0042742, GO:0048514

TXNRD1 GO:0001704, GO:0001707, GO:0007369, GO:0007498, GO:0008283, GO:0019725, GO:0022900, GO:0042592, GO:0045454, GO:0048332, GO:0048598, GO:0048729, GO:0055114

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소 전장유전체 해독 이후 대규모의 SNP 발굴에 힘입어 개 발되어 상용화된 고밀도 전장유전체 SNP chip은 최근 소 에서의 주요 경제형질과 유전자형(Genotype)간의 연관분 석 등의 연구에 널리 사용되며 그 유용성을 인정 받아오고 있다. 또한 SNP 유전자형 분석 이외에도 CNV 분석에도 활용이 되면서 활용도가 높은 분석도구로 자리 잡고 있다. 다만 다양한 품종과 축군에서 전장유전체내 CNV 발굴 연 구가 성공적으로 진행되었지만, SNP 마커들 간의 거리나 밀도 등의 기본적인 한계는 극복해야 할 문제로 남아 있는 것이 현실이다. 일반적으로 SNP 패널 개발 시 하디-와인버 그 평형이 깨어지는 마커들은 SNP칩 구성에서 제외되는 경향이 있으며 이로 인해 다수의 잠재적인 CNV가 칩 자 체의 디자인에 의해 발견되어 질 수 없는 내재적인 한계가 존재하며 추후 이를 보완 할 수 있는 CNV 발견에 특화된 SNP 칩의 개발이 다양한 품종에서 요구되고 있다. 향후 NGS(next generation sequencing) 또는 GBS(genotyping by sequencing) 기술 등의 추가적인 발전을 통해 보다 효 율적이고 고도화된 CNV 연구에 필요한 플랫폼 개발이 가 능할 것으로 기대되어진다.

Ⅳ. 요약

복제수 변이(copy number variation, CNV)란 유전체의 구조적 변이 중 하나로, DNA 상 특정 지역의 copy 수가 다양성을 갖는 것을 의미한다. 본 연구를 통해 한우 571 두 의 유전체정보에서 CNV를 탐색한 결과 1,659 개를 확인하 였으며, 이중 Gain은 415개, Loss는 1,082개, Gain과 Loss 가 함께 존재하는 Gain/Loss는 162개가 확인되었다. 한우 의 CNV 중, 최소 변이 구간의 영역은 1,135bp , 최대 변이 구간의 영역은 2,874,327bp 그리고 평균 크기는 52,648bp 인 것으로 확인되었다. CNV들과 도체형질(근내지방도, 등 지방두께, 도체중, 등심단면적)과의 연관관계를 CNVRuler 프로그램을 이용하여 분석한 결과 p<0.0001 수준의 유의적 인 연관성이 12개의 CNV 지역에서 확인되었다. 근내지방 도에서는 2개의 지역, 등지방 두께에서는 7개 지역, 도체중 에서는 2개의 지역 그리고 등심단면적에서는 1개의 지역 이 확인되었다. DAVID를 이용하여 도체형질과 유의적인 연관성이 확인된 CNV 지역에 포함되어 있는 유전자들의 gene ontology(GO)를 분석하였다. ABCA2 와 EDF1는 지 질대사과정에 관련되어 있고, C8G, TRAF2 그리고 STAB2 는 면역에 관련되어 있으며, CHST11는 발달 성장과 관련

되어 있음을 확인하였다. 본 연구결과는 한우의 분자육종 기술 개발 연구에 중요한 자료가 될 것으로 기대되어진다.

사사

본 논문은 농촌진흥청 차세대바이오그린21사업(PJ011044) 의 지원에 의해 이루어진 것임.

Ⅴ. REFERENCES

1. Bae, J. S., Cheong, H. S., Kim, L. H., NamGung, S., Park, T. J., Chun, J. Y., Kim, J. Y., Pasaje, C. F., Lee, J. S. and Shin, H. D. 2010. Identification of copy number variations and common deletion polymorphisms in Cattle. BMC Genomics. 11:232.

2. Bickhart, D. M., Hou, Y. L., Schroeder, S. G., Alkan, C., Cardone, M. F., Matukumalli, L. K. Song, J., Schnabel, R. D., Ventura, M., Taylor, J. F., Garcia, J.

F., Van, Tassell, C. P., Sonstegard, T. S., Eichler, E. E.

and Liu, G. E. 2012. Copy number variation of individual cattle genomes using next-generation sequencing. Genome. Res. 22:778–790.

3. Chen, W. K., Swartz, J. D., Rush, L. J. and Alvarez, C.

E. 2009. Mapping DNA structural variation in dogs.

Genome Res. 19:500-509.

4. Cho, C. I. and Lee, D. H. 2011. Study on genetic evaluation using genomic information in animal breeding –simulation study for estimation of marker effects. J. Anim. Sci. Tech. (Kor.) 53(1):1-6.

5. Choi, J. W., Lee, K. T., Liao, X., Stothard, P., An, H. S., Ahn, S., Lee, S., Lee, S. Y., Moore, S. S. and Kim, T.

H. 2013. Genome-wide copy number variation in Hanwoo, Black Angus, and Holstein cattle. Mamm.

Genome. 24:151-163.

6. Elsik, C. G., Tellam, R. L., Worley, K. C., Gibbs, R. A.

and Choi, J. 2009. The genome sequence of taurine Cattle: a window to ruminant biology and evolution.

Science. 324:522-528.

7. Fadista, J., Nygaard, M., Holm, L. E., Thomsen, B. and Bendixen, C. 2008. A snapshot of CNVs in the pig

(8)

www.earticle.net

genome. PLoS. ONE. 3:e3916.

8. Groenen, M. A., Archibald, A. L., Uenishi, H., Tuggle, C. K., Takeuchi, Y., Rothschild, M. F., Rogel-Gaillard, C., Park, C., Milan, D., Megens, H. J. and Li, S. 2012.

Analyses of pig genomes provide insight into porcine demography and evolution. Nature. 491:393-398.

9. Gibbs, R. A., Taylor, J. F., Van Tassell, C. P., Barendse, W. and Choi, J. 2009. Genome-wide survey of SNP variation uncovers the genetic structure of cattle breeds. Science. 324:528-532.

10. Henrichsen, C. N., Chaignat, E. and Reymond, A.

2009. Copy number variants, diseases and gene expression. Hum. Mol. Genet. 18:1–8.

11. Hillier, L. W,, Miller, W., Birney, E., Warren, W., Hardison, R. C., Ponting C. P., Bork, P., Burt, D. W., Groenen, M. A. M., Delany, M. E. and Dodgson, J.

B. 2004. Sequence and comparative analysis of the chicken genome provide unique perspectives on vertebrate evolution. Nature. 432:695-716.

12. Hou, Y., Bickhart, D., Hvinden, M., Li, C., Song, J., Boichard, D., Fritz, S., Eggen, A., Denise, S. and Wiggans, G. 2012. Fine mapping of copy number variations on two cattle genome assemblies using high density SNP array. BMC. Genomics. 13:376.

13. Iafrate, A. J., Feuk, L., Rivera, M. N., Listewnik, M.

L., Donahoe, P. K., Qi, Y., Scherer, S. W. and Lee, C.

2004. Detection of large-scale variation in the human genome. Nat. Genet. 36:949-951.

14. Jiang, L., Jiang, J., Yang, J., Liu, X., Wang, J., Wang, H., Ding, X., Liu, J. and Zhang, Q. 2013.

Genome-wide detection of copy number variations using high-density SNP genotyping platforms in Holsteins. BMC. Genomics 14:131.

15. Kijas, J. W., Barendse, W., Barris, W., Harrison, B., McCulloch, R., McWilliam, S. and Whan, V. 2011.

Analysis of copy number variants in the cattle genome. Gene. 482:73-77.

16. Kim, H. S., Hwang, J. M., Choi, T. J., Park, B. H., Cho, K. H., Park, C. J. and Kim, S. D. 2010.

Research on the reformation of the selection index for Hanwoo proven Bull. J. Anim. Sci. Tech. (Kor.) 52(2):83-90.

17. Kim, J. H., Hu, H. J., Yim, S. H., Bae, J. S,. Kim, S. Y.

and Chung, Y. J. 2012. CNVRuler: a copy number variation-based case-control association analysis tool.

Bioinformatics. 28(13):1790-2.

18. Lee, S. H., Lim D. J., Jang, G. W., Cho, Y. M., Choi, B. H., Kim, S. D., Oh, S. J., Lee, J. H., Yoon, D. H., Park, E. W., Lee, H. K., Hong, S. K. and Yang, B. S.

2012. Genome wide association study to identity QTL for growth traits in Hanwoo. J. Anim. Sci. Tech.

(Kor.) 54(5):1-10.

19. Liu, G. E., Hou, Y., Zhu, B., Cardone, M. F., Jiang, L., Cellamare, A., Mitra, A., Alexander, L. J., Coutinho, L. L., Dell’Aquila, M. E., Gasbarre, L. C., Lacalandra, G., Li, R. W., MatuKumalli, L. K., Nonneman, D., Regitano, L. C., Smith, T. P., Song, J., Sonstegard, T.

S., Van Tassell, C. P., Ventura, M., Eichler, E. E., McDaneld, T. G. and Keele, J. W. 2010. Analysis of copy number variations among diverse cattle breeds.

Genome. Res. 20:693-703.

20. Liu, W., Laitinen, S., Khan, S., Vihinen, M. L. and Kowalski, J. 2009. Copy number analysis indicates monoclonal origin of lethal metastatic prostate cancer. Nat. Med. 15:559-565.

21. McCarroll, S. A. and Altshuler, D. M. 2007.

Copy-number variation and association studies of human disease. Nat. Genet. 39:S37-42.

22. Need, A. C., Attix, D. K., McEvoy, J. M., Cirulli, E. T.

and Linney, K. L. 2009. A genome-wide study of common SNPs and CNVs in cognitive performance in the CANTAB. Hum. Mol. Genet. 18:4650-4661.

23. Rolf, M. M., Taylor, J. F., Schnabel, R. D., Mckay, S.

D., Mcclure, M. C., Northcutt, S. L., Kerley, M. S.

and Weaber, R. L. 2010. Impact of reduced marker set estimation of genomic relationship matrices on genomic selection for feed efficiency in Angus cattle.

BMC. Genetics. 11:24.

24. Sebat, J., Lakshmi, B., Troge, J., Alexander, J. Young, J., Lundin, P., Måanéer, S., Massa, H., Walker, M., Chi, M., Navin, N., Lucito, R., Healy, J., Hicks, J., Ye, K., Reiner, A., Gilliam, T. C., Trask, B., Patterson, N., Zetterberg, A. and Wigler, M. 2004. Large-scale copy number polymorphism in the human genome.

(9)

www.earticle.net

Science. 305:525-528.

25. Sharma, A., Dang, C. G., Kim, K. S., Kim, J. J., Lee, H. K., Kim, H. C., Yeon, S. H., Kang, H. S. and Lee, S. H. 2014. Validation of genetic polymorphisms on BTA14 associated with carcass trait in a commercial Hanwoo population. Anim. Genet. 45(6):863-7.

26. Su, G., Brondum, R. F., Ma, P., Guldbrandtsen, B., Aamand, G. P. and Lund, M. S. 2012. Comparison of genomic predcitions using medium-density (~54,000) and high-density (~777,000) single uncleotide polymorphism marker panels in Nordic Holstein and Red Dairy Cattle populations. J. Dairy Sci. 95:4657 -4665.

27. VanRaden, P. M., Van, Tassell, C. P., Wiggans, G. R., Sonstegard, T. S., Schnabel, R. D., Taylor, J. F. and Schenkel, F. S. 2009. Reliability of genomic predictions for North American Holstein bulls. J.

Dairy Sci. 92:16-24.

28. Volker, M., Backstrom, N., Skinner, B. M., Langley, E.

J., Bunzey, S. K., Ellegren, H. and Griffin, D. K. 2010.

Copy number variation, chromosome rearrangement, and their association with recombination during avian evolution. Genome Res. 20:503-511.

29. Wade, C. M., Giulotto, E., Sigurdsson, S., Zoli, M., Gnerre, S., Imsland, F., Lear, T. L., Adelson, D. L., Bailey, E., Bellone, R. R., Blocker, H., Distl, O., Edgar, R. C., Garber, M., Leeb, T., Mauceli, E., MacLeod, J. N., Penedo, M. C., Raison, J. M., Sharpe, T., Vogel, J., Andersson, L., Antczak, D. F., Biagi, T., Binns, M. M., Chowdhary, B. P. and Coleman, S. J.

2009. Genome sequence, comparative analysis, and population genetics of the domestic horse. Science.

326:865-867.

30. Wang, K., Li, M., Hadley, D., Liu, R., Glessner, J., Grant, S. F., Hakonarson, H. and Bucan, M. 2007.

PennCNV: an integrated hidden Markov model designed for high-resolution copy number variation detection in whole-genome SNP genotyping data.

Genome Res. 17(11):1665-74.

31. Xu, L., Hou, Y., Bickhart, D., Song, J. and Liu, G.

2013. Comparative analysis of CNV calling algorithms: literature survey and a case study using bovine high-density SNP data. Microarrays. 2:171–85.

32. Xu, Y., Shi, T., Cai, H. F., Zhou, Y., Lan, X. Y., Zhang, C. L., Lei, C., Qi, X. and Chen, H. 2014.

Associations of MYH3 gene copy number variations with transcriptional expression and growth traits in Chinese cattle. Gene. 535:106–111.

33. Zhang, F., Gu, W., Hurles, M. E. and Lupski, J. R.

2009. Copy number variation in human health, disease and evolution. Annu. Rev. Genomics. Hum.

Genet. 10:451-481.

34. Zhang, L., Jia, S., Yang, M., Xu, Y., Li, C., Sun, J., Huang, Y., Lan, X., Lei, C., Zhou, Y., Zhang, C., Zhao, X. and Chen, H. 2014. Detection of copy number variations and their effects in Chinese bulls.

BMC. Genomics. 15:480.

(Received 09 May 2016, Revised 11 June 2016, Acceped 12 June 2016)