돼지 질병 및 스트레스 저항성 관련 유전자형이 생산성에 미치는 영향

국내에서 사육되고 있는 126두의 랜드레이스 돼지(거세수컷 74두, 암컷 52두)의 데이터를 사용하였다. 동물들은 유사한 주거 조건을 제공하는 3개의 농장에서 사육되었으며, 동일한 도축장에서 도축되었다. 랜드레이스 등심 조직시료에서 G-DEX™ IIc Genomic DNA Extraction Kit(Intronbio, Seongnam, Korea)를 이용해 제작사에서 제공한 protocol에 따라 추출하였다.

모든 형질은 Lee 등(2023)에 기술된 방법을 이용하여 측정하였다(Lee et al., 2023). 사후 45분 이내에 8번째 흉추의 배최장근 중앙에서 근육 시료를 채취하였다. 근육 샘플을 0.5×0.5×1.0cm³ 조각으로 잘라 액체 질소로 즉시 냉동하고, 다음 분석이 있을 때까지 -80°C에 저장하였다. 13/14번째 흉추에서 spear type electrode(Model 290A; Orion Research Inc.; USA)을 사용하여 사후 45분 pH값(pH_45min)을 측정하였다. 사후 24시간 뒤에 4℃에서 샘플 표면을 30분간 공기에 노출시키고, 8/9번째 흉추에서 chromameter(CR-300; Minolta Camera Co.; Japan)를 이용하여 명도(L^*)를 측정하였다. 보수력 항목으로 육즙손실량(drip loss)을 측정하기 위해 표면적이 표준화된 근육 샘플을 4℃에서 48시간 동안 팽창된 비닐 봉지에 매달고, 유리 육즙의 무게를 측정한 후 초기 샘플 무게에 대한 백분율로 표현하였다. 돈육 색상(NPPC color, Ncol)과 마블링 스코어(NPPC marbling, Nmar)는 NPPC(National Pork Producers Council) 돼지고기 품질 표준(Meisinger et al., 1999)에 따라 결정되었다. 도체중량(carcass weight, CW)은 도축 직후 측정하였다. 등심근 단면적(longissimus dorsi muscle area, LEA)은 흉추 제5번과 6번 사이의 가시근과 배최장근을 도체 등급판정용 면적자(1cm²)를 이용하여 단면적을 cm² 단위로 측정하였다. 온도체 등지방두께(hot backfat thickness, HBF)는 측정자를 등지방 측정위치에 척추와 직각으로 대고 측정하여, 마지막 흉추와 제1요추 사이의 등지방두께와 제11흉추와 제12흉추 사이의 등지방두께를 mm 단위로 측정한 평균값을 정수로 적용하였다.

GBP5와 RYR1 SNP좌위에 대한 유전자형 분석을 실시하였다. 유전자형 분석을 위해 PCR-RFLP방법을 사용했으며, PCR을 수행하기 위해 Primer3(https://primer3.ut.ee/)를 이용하여 각 유전자에 위치한 SNP를 포함한 부위를 증폭하는 primer를 디자인하였다(Table 1).

추출된 DNA로부터 PCR은 T100 Thermal Cycler(BIO-RAD, Germany)을 이용하여 수행되었다. PCR 반응액의 총 부피는 20 μL 로, 증류수 12.7 μL, 10× 반응 완충액(w/20 mM Mg²⁺) 2 μL, 10 mM dNTPs(2.5 mM/each) 2 μL, 각각 primer 10pM 1 μL씩, i-MAX^TMⅡ DNA Polymerase(5U/μL) 0.3 μL에 DNA template 1 μL를 혼합하였다. PCR 반응은 94℃에서 5분간 pre-denaturation 한 후, 94℃에서 30초, GBP5 SNP는 59℃, RYR1 SNP은 60에서 30초, 72℃에서 30초의 과정을 33 cycle로 수행하고, 마지막 단계인 final extension 과정은 72℃에서 5분간 진행시켰다. 증폭된 DNA 산물은 3% agarose gel에서 전기영동을 실시하여 각각 414bp 및 412bp PCR단편을 확인했다. 유전자형 분석을 위하여 위 PCR 증폭산물을 Table 1에 제시되어 있는 제한효소를 이용하여 RFLP 분석을 실시하였다. 증폭된 PCR 산물 3 μL에 각각 Hha I(20 U/μL) 또는 Alu I(10 U/μL) 0.3μL를 넣고, 10× 반응 완충액 0.7 μL, 증류수 3 μL를 넣어 7 μL의 혼합물을 잘 섞어주고, 37℃ 항온수조에서 2시간 반응하였다. 제한효소가 처리된 PCR 증폭산물은 3% agarose gel에서 전기영동을 실시하여 유전자형을 확인하였다.

랜드레이스 돼지의 CW, LEA, HBF, pH_45min, L^*, Drip loss, Nmar 및 Ncor에 대한 기초통계량과 GBP5 유전자형의 효과를 각각 SAS program package 9.4(SAS Institute, Cary, NC, U.S.A)의 MEANS procedure와 GLM procedure을 이용하여 분석하였다. GLM 분석 모델에는 SEX, Block, GBP5 유전자형이 고정효과로 포함되어 있다. 결과는 최소 제곱 평균과 표준오차로 나타내었으며, 유전자형별 유의성(p<0.05)을 검정하였다.

Table 2는 육량 및 육질 형질에 대한 기술 통계량을 요약한다. CW의 평균은 84.00±7.29 kg, LEA의 평균은 35.50±4.49 cm², HBF의 평균은 18.00±3.89 mm이다. pH_45min의 평균은 6.06±0.26, L^*의 평균은 46.14±1.91, Drip loss의 평균은 3.49±1.55 %이다. Nmar의 평균은 1.88±0.67, Ncol의 평균은 2.8±30.50이다.

Fig. 1은 GBP5 SNP의 PCR산물(412 bp) 및 제한효소 AluⅠ을 이용한 RFLP에 의해 구분된 3가지 유전자형을 나타낸다. G 대립유전자는 AluⅠ 효소에 의해 158 bp, 120 bp, 97 bp와 38 bp 밴드를 보이며, T 대립유전자는 278 bp, 97 bp, 38 bp 밴드를 보인다.

Fig. 1. PCR-RFLP patterns using AluⅠ for GBP5 SNP(rs340943904). PCR amplified 414bp DNA fragment digested with the restriction enzyme AluⅠ. Lane 1 represents 100bp size markers, and Lane 2 represents GBP5 PCR product(412bp). Lanes 3 to 5 represent GBP5 SNP genotypes, GG, GT, and TT types in order.

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총 126두에 대한 GBP5 SNP 유전자형 분석 결과, 대부분 GG 유전자형으로 나타났으며(0.85), PRRSV감염에 저항성을 갖는 T 대립유전자를 포함하는 GT 및 TT 유전자형의 빈도는 각각 0.13, 0.02로 나타났다(Table 3). 이에 G와 T 대립유전자들의 빈도는 각각 0.91, 0.09로 나타났다.

PSS는 RYR1의 염기변이에 의해 발생하는 증후군이다(Fujii et al., 1991). 또한 국내에서 사육되고 있는 랜드레이스 PSS 유전자형 빈도 실험 결과, 2002년에는 NN 유전자형이 55.3%, Nn 31.6%, nn 13.2%였으며, 2004년에는 NN 87.64%, Nn 11.24%, nn 1.12%로 열성동형접합체 즉, PSE 육을 발생하는 RYR1 SNP TT 유전자형 돼지가 점점 도태되어 가고 있는 것을 확인할 수 있다(Hwang et al., 2002, Kim et al., 2004). 이를 통해 변이가 없을 것으로 예상하였으며, 본 연구에서는 전체 랜드레이스 126두 전체에서 분석하지 않고 배치별로 8~9두씩 선별하여 총 80두에서 유전자형 분석을 하였다. 그 결과, 예상과 같이 T대립유전자는 나타나지 않았고 모두 CC 유전자형을 보였으며(Table 3), PSS DNA마커가 양돈현장에서 효과적으로 적용된 사례임을 확인할 수 있었다.

Pena 등(2019) 또한 저항성이 있는 유전자형인 GT type은 248두 중 82두로 0.33의 낮은 빈도를 보였으며, 본 분석에서도 0.13으로 낮았다. 이는 DNA 마커를 이용한 PSS와 같이, GBP5 SNP를 이용하면 PRRS에 대한 MAS 효과를 기대할 수 있을 것이다.

이전 연구에서 GBP5 SNP(rs340943904)와 생산성 관련 형질들 간의 연관성 분석 결과는 유의성이 보이지 않았지만(Geraci et al., 2019), 국내 랜드레이스 집단 내에서의 연관성 연구가 없는 실정이다. 따라서, 저항성이 있는 것으로 알려진 T대립유전자를 포함하고 있는 GT 및 TT 유전자형과 GG 유전자형에 대해 생산성 관련 형질 간의 연관성 분석을 실시하였다(Table 4).

GBP5 SNP 유전자형과 육량형질(CW, LEA, HBF) 및 육질형질(pH_45min, L^*, Drip loss, Nmar, Ncol) 간의 연관성 분석 결과, 두 유전자형 간의 유의한 차이는 보이지 않았다. GBP5 SNP 유전자형 및 대립유전자 빈도 결과, 현재 국내 랜드레이스 집단 내에서 GT 유전자형 빈도가 126두 중 16두로 나왔기 때문에 GBP5 SNP를 이용한 PRRS 저항성 관련 선발 프로그램을 활용했을 때 PSS처럼 효과가 기대가 된다. 또한, GBP5를 질병저항성과 관련된 돼지 선발 프로그램을 활용하더라도 기존에 중요시되는 생산성 관련 형질들에는 크게 영향을 주지 않을 것으로 판단된다. 향후에 질병저항성 관련 유전인자들에 대해서도 본 연구와 같이 생산성 관련 형질들과의 관계를 확인하는 연구가 필요할 것이다.