한우 유전정보의 디지털화로 정밀 축산 가속화

농진청 국립축산과학원 임다정 농업연구사는 한우 집단의 유전적 특성을 고려한 유전자 표지 마커 개발 및 분석 기술 확보로 형질예측 유전자 검사 기반을 구축했다. 이뿐만이 아니다. 유전 정보의 디지털화를 통한 과학적 교배 기반 마련과 B·IT가 접목된 개체별 유전 능력 예측으로 한우의 생산성 제고에 기여했다. 그의 연구배경을 들여다보면 유전자 검사가 보편화된 현재에는 ‘유전적 능력’을 최대한 반영할 수 있는 ‘정보력이 높은 유전마커’를 발굴해 가축 개량 효과의 극대화가 필요한 시점이었다. 유전자는 DNA로 구성된 유전정보의 단위로, 사람과 동물 모두 부모로부터 물려받은 하나씩의 유전정보가 모여 짝을 이루고, 각각의 유전자는 얼굴 모양, 키, 체중 등 다양한 형질로 나타나게 된다. 사람의 경우, 질병을 예측하거나 진단하기 위해 유전자 검사를 수행하게 되는데, 이는 질병에 영향을 주는 유전 정보를 밝혀내는 연구가 우선적으로 이뤄져야 한다. 동물 또한 사람과 비슷한 게놈 사이즈와 유전자를 가지고 있으나, 사람과 다른 점은 유전 정보를 활용한 인위적인 교배가 가능해 우수한 씨가축을 만들고, 생산성을 높이거나, 질병에 걸리지 않도록 유전적으로 우량한 개체를 조기 예측해 선발할 수 있다.

소 한 마리에는 약 600만 개의 유전 변이들이 존재하고, 모든 유전 변이로 개체의 유전 능력을 예측하기에는 비용적 측면과 형질 예측을 위해 수백만 개의 유전정보를 사용해야 하는 통계 모델의 제한 등 비효율적인 문제들이 발생하게 된다. 소의 품종마다 형질에 영향을 주는 유전자 또는 유전 마커가 달라질 수 있어서 ‘한우’라는 집단의 특성을 반영해 형질을 예측할 수 있는 최적화된 유전 정보를 사용하는 것이 중요하다. 한 예로, 반수체(Haplotype)라는 것은 부, 모에게 물려받은 유전 변이들이 특정 부위에서 변하지 않고, 블록(Block) 단위로 세대 간 유지가 되어 전해지는 유전 정보이다. 따라서 형질에 연관된 반수체를 포함한 유전 정보들을 밝혀내게 되면 적은 수의 유전 변이만으로 형질에 영향을 주는지 금방 식별할 수 있게 된다. 가축에서 생산성(번식, 육질, 육량, 질병 등)에 직접적으로 연관된 유전자 표지 마커 또는 반수체 정보를 활용하면 태어나자마자 개체가 가지고 있는 유전적인 능력을 예측할 수 있다. 최대한 형질에 영향을 주는 유전정보를 확보하고자 한우 씨수소 집단의 유전자 변이 빅데이터(2,849만 건)를 구축해 부, 모에서 유래된 유전자 표지(반수체) 37만 개를 분석해 웹으로 쉽게 볼 수 있도록 시스템을 개발했다. 부, 모에서 유래된 반수체 정보를 활용해 한우의 육량, 육질 관련 반수체 유전 지표 1,434개를 발굴했다. 따라서 반수체 정보를 활용하면 일반 유전 변이 정보를 활용 했을 때보다 예측을 위한 정보력이 높아져 육량, 육질 4∼5% 정확하게 예측되는 것을 확인했다. 이렇게 발굴된 반수체 정보는 한우 맞춤형 유전자 칩 개발에 반영해 우수한 능력을 가진 한우 개체의 선발 정확도를 높일 수 있는 기반을 마련했다. 국가 중심 한우 유전체 빅데이터 자료를 디지털화 하고, 유전 정보를 관리·제공할 수 있도록 해 분자육종 활용 기반을 구축했다. 또한, 유전 정보 빅데이터 분석을 고도화해 기존에 활용되는 유전체 선발 모델보다 정확하게 형질을 예측할 수 있도록 반수체 정보를 만들고, 유전 능력을 조기 예측할 수 있는 생물정보 분석법을 개발했다. 기존의 혈통정보를 이용하는 것보다 개별 유전변이 마커를 활용하면 10% 이상 정확도가 향상되며, 개별 유전 마커보다 반수체 정보를 활용하게 되면 4% 이상 정확도가 더 향상된다. 일반 마커보다 정보력이 높은 한우 집단에 최적화된 반수체 정보를 구성하고, 활용하게 되면 유전체 또는 반수체 정보를 기반으로 한 개체별 교배계획 적용이 가능하다. 한우 집단의 유전적 특성이 고려된 한우 맞춤형 유전자 칩이 5만원 내외로 유전 정보를 확보할 수 있다. 게다가 이를 활용해 분석 업체, 유관 기관, 대학 등에서는 한우의 육종소재 개발과 컨설팅 등 연구뿐만 아니라 정밀 축산이 가능한 新비즈니스 모델을 창출할 수 있다. 기 구축된 한우 유전체 빅데이터는 전체 유전정보를 기반으로 한우 생산능력 예측 시, 출하 두수 기준 약 350억 원 분석비용이 절감되는 효과가 있다. 현재 유전 정보를 활용한 개체의 유전 능력을 예측하는 유전자 칩이 상품화되었기 때문에 유전 정보를 활용한 고급육 생산 등의 부가가치의 증가는 현재보다 56억6900만 원 증가할 것이다. 생산 유발효과는 114억8300만 원으로 산출돼 지속적으로 파급 효과가 더 커질 것으로 기대된다. /박상래 기자







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