농촌진흥청(청장 허태웅)은 가축더위지수(THI)¹⁾ 에 따라 육계(고기용 닭) 체내에서 차등 발현되는 유전자를 밝혔다. 

 

 연구진이 가축더위지수에 따른 유전자 발현 양상을 비교한 결과, 심각단계에서 체내 항상성 유지에 관여하는 245개 유전자 발현량이  차이를 보였다.

 

 차이를 보인 유전자는 칼슘 신호 경로, 아데노신3인산(ATP)²⁾ 대사 과정, 소포체³⁾ 단백질 처리 등에 주로 관여하는 유전자들이다.

 

 유전자 발현량의 차이는 고온 스트레스로 인한 세포 손상, 이온 불균형, 에너지 소모 등에 대응하기 위한 반응으로 보인다.

 

 이번 연구결과 밝혀진 차등 발현 유전자의 단백질 또는 전사조절인자 등은 사료첨가제 개발에 활용하거나, 발현량 연관 변이를 마커로 개발해 고온 적응성이 뛰어난 개체 선발 지표로 활용할 수 있다.

 

  이번 연구결과는 국제 학술지 애니멀즈(Animals) 11권⁴⁾ 온라인 판에 실렸다.

 

 농촌진흥청 국립축산과학원 김태헌 동물유전체과장은 “가축더위지수에 따른 유전자 발현 양상을 축종별로 연구하고 있으며, 그 연구 결과를 통해 고온 적응력이 뛰어난 가축 육성이 가능할 것으로 보인다.”라고 말했다.

 

1)  Temperature-Humidity Index(THI), 온도와 습도를 이용해 가축의 더위 정도를 나타내는 지수. 닭의 경우 쾌적(67; 21℃/60%), 주의(73; 25/60), 위험(79; 29/60), 심각(84; 33/60)으로 구분.

2)  아데노신 3인산(Adenosine Triphosphate, ATP): 체내 유기화합물의 하나로, 생명체를 유지하는데 필요한 에너지를 제공하는데, ATP 분자의 마지막에 위치하는 인산기의 인산결합이 가수분해 되면서 에너지를 발생시킴

3)  소포체(Endoplasmic Reticulum, ER): 진핵세포 내에 막으로 감싸진 납작한 구조체와 관모양의 구조체가 연결되어 그물망과 같은 구조를 보이는 작은 기관. 단백질 및 지방합성, 칼슘 이온의 세포 신호전달 등에 관여

4)  Transcriptomic Response under Heat Stress in Chickens Revealed the Regulation of Genes and Alteration of Metabolism to Maintain Homeostasis. Animals, 11(8), 2241.(2021).

5)  KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)는 1995년 일본에서 만들어진 생화학 pathway 관련 데이터베이스이다. 일본에서 만들어진 DB중에는 세계에서 가장 많이 인용되는 것의 하나

 

                         가축더위지수별 육계 표현형 및 차등 발현 유전자 구명  

1. 차등발현 유전자의 발현 양상

<그림2 전체 차등발현 유전자의 양상에 도식화>

○ (a)fold change와 다중비교검정의 하나인 FDR(False Discovery Rate) p-value에 따른 유전자의 발현량 분포

   - 분홍은 발현량이 유의적으로 증가한 유전자이며, 파랑은 유의적으로 감소한 유전자이다. (각 상위 10개 유전자 이름 표기)

○ (b)차등발현 유전자에 대한 열지도(heat map),

   - 발현량 정도에 따라 높으면 붉은색, 낮으면 파란색으로 진하게 표현되며, 가로축은 실험조건별 시료, 세로축은 유전자를 발현량 유사도에 따른 군집(clustering)을 나타냄

 

 

2. 차등 발현 유전자들의 주요 생물학적 경로

<그림3. 차등 발현 유전자와 상위 10개 주요 KEGG 경로 네트워크>

 

 ○ 육각형은 KEGG⁵⁾  DB의 생물학적 기능 정보, 원은 해당 기능과 연관된 유전자를 나타냄

 ○ 주요 생물학적 기능

초록 : 소포체 단백질 처리(Protein processing in endoplamic reticulum)

파랑 : 칼슘 신호 경로(Calcium signaling pathway)

주황 : ATP 대사 과정(ATP metabolic process)

 

3. 가축더위지수 조건에 따른 생리학적 지표 비교

 <그림 1> 온습지수에 따른 생리학적 지표 비교 막대그래프

 ○ 가축더위지수 조건에 따른 평균 일당 증체량, 사료요구율, 체온, 분당호흡수 등 네 가지 지표에서 유의적인 차이를 나타냄.

     *분당 호흡수의 경우 14일 후 조건