강의자료-5 가축의 유전자지도 작성 경상대학교 축산학과 동물유전공학 연구실

유전자/유전표지인자의 염색체상의 순서, 위치 결정 유전체 지도 (Genome Map) : 유전자/유전표지인자의 염색체상의 순서, 위치 결정 유전체 (Genome) 해부도 목적 1. 유전자들의 공간적 위치 파악 2. 형질과의 연관성 분석에 의한 유전자 기능파악 3. 유전진단, 치료 등의 산업적 활용

유전체 지도(Genome maps) 연관지도 (Linkage Map) 감수분열의 재조합율(recombination fractions)에 근거하여 제작 유전자/marker들의 상대적 거리로표시 (cM) 연관지도 (Linkage Map) 유의적 재조합에 따라 해상도 차이가 존재 가계에 대한정보가 필요 (교배기록 등) 유전자/marker의 다형성 필요

물리지도(PHYSICAL Map) 실제적인 염색체상의 위치 선정 유전자/Marker간의 물리적 거리, 위치 산정 (SSC6q24, cR, b/Kb/Mb) 해상도 : 최대 1- 1000 kb 물리지도(PHYSICAL Map) In situ hybridization, somatic cell hybrids(SCH), Radiation hybrid(RH), BAC map 가계/교배 정보가 필요 없음 Monomorphic marker의 사용이 가능

SSC15q지역의 연관지도 작성 예

SSC15q지역의 물리지도(SCH)와 연관지도 Porcine Human 2q 15q SSC15q지역의 물리지도(SCH)와 연관지도

1. 연관지도의 작성 유전자/Marker간 재조합율을 알아내기 위한 교배계획 : 전형매, 반형매, 퇴교배, 2세대 집단간 교배 1. 기준집단의 조성 유전자/Marker간 재조합율을 알아내기 위한 교배계획 : 전형매, 반형매, 퇴교배, 2세대 집단간 교배 2. 표지인자의 선정 Single nucleotide polymorphisms (SNPs) : RFLP, SSCP 등 Microsatellite Markers : 전기영동에 의한 크기별 분리 3. 대립유전자 간의 조합양상 파악 양친형, 재조합형 4. 교차가 계산 : 유전적 거리 산정 (Morgan 또는 centi Morgan)

한국재래돼지 x Landrace의 기준집단 작성 예   Generation Mating Animals   P …….. Korean native pig  Landrace pig 5 boars (Male) (Female) 10 sows  F1 …….. KL (M)  KL (F) 10 boars 36 sows F2 …….. F2 animals 240 pigs 한국재래돼지 x Landrace의 기준집단 작성 예 (전형매 교배)

한국재래돼지 x Landrace의 기준집단 작성 예  (F0) (F1) (F2) 한국재래돼지 x Landrace의 기준집단 작성 예 (전형매 교배)

한국재래돼지x Landrace를 이용한 연관지도 작성예

표지인자 (Genetic Marker) 대립유전자 개수 : 최대 4개 A, C, G, T 1. 단일염기 다형성 (Single Nucleotide Polymorphism:SNP) 대립유전자 개수 : 최대 4개 A, C, G, T 일반적으로 2개 : A>T, G>C 등 2. 초위성체 마커 (Microsatellite Marker : MS marker) 주로 (CA)n, (GA)n의 형태 (5<n<50) 대립유전자 개수 : 일반적으로 5 – 6 개 (예: 122, 124, 126, 128 bp 등)

단일염기 다형성 SNP : MCAD 유전자의 promoter 지역 예 agaacagtct tcgccttgag tccagcaatg tgaacttttg gctccttaaa gcagaagcga tctgggtggg tcagagagta aaaaaaagtc aagttcgaaa gcccgggggc tgtctttgcg ccaggatcct ggtcactgcc ctttgaccca gattcttcgc cagcctaccg gccccctctt aatcctcgcc tccgccgctt cctccccctc gcggttccat ctccgcaccg ctggcagcct  ccgcttctcc ccaagagggc gggtagtctg aactcaaagg cctagtggga agcggggcct cttcaggaac cacctctgcg gaagagtcag gccccagaag cgcgccagac cccttcccaa gatggtcgcg cacggcgtag gcgaggccaa gagtgagagt tgagctaaat tcccgcacac ttcagcgggt tccgtcttcc acgtcccttt caaagatctc tcttcgcagg ccccgcccct cccgccccag agctcggtgc gggtgggcgg ggcccggtga gtcatgcgac caaatttaag cggtcttgac ccagagggtg gtttagagat tgagtcaccg gttggcggca tggcagcgat gtttagg CDS

The MCAD promoter polymorphism 1 Birkshire GA KNP(Cheju) GG Landrace AA Yorkshire Duroc

The MCAD promoter polymorphism 2 KNP(Cheju) CG Birkshire CC Duroc Landrace Yorkshire

The MCAD promoter polymorphism 3 KNP(Cheju) CG Birkshire CC Duroc Landrace Yorkshire

The MCAD promoter polymorphism 4 Landrace CC Birkshire Yorkshire KNP(Cheju) CT Duroc

제한효소 절편 다형성(Restriction Fragment Length Ploymorphism)

RFLP의 예

초위성체 마커 (Microsatellite Marker : MS marker)

<개체1> ETH10 BM2113 TGLA53 SPS115 TGLA227 TGLA126 TGLA122 INRA23 Ch. Y Ch. X

<개체 2>

<개체 3>

<개체 4>

Bateson과 Punnett의 검정교배 실험 L b l b l Bateson과 Punnett의 검정교배 실험 두가지 형태의 배우자 형성 b l 한가지 형태의 배우자 형성 꽃색 : 청 > 적, 화분모양 : 긴 > 둥근 검정교배 : BbLl X bbll 배우자종류 예상분리비 실제결과 비율 1/4 BL 1/4Bl 1/4bL 1/4bl 1/4BbLl 1/4Bbll 1/4bbLl 1/4bbll 7 1 1 7 43.7% 6.3% 6.3% 43.7% b l b l b l bbll (1) 꽃색유전자(B,b)와 화분모양 유전자(L,l)가 서로 독립적이 아니고, 연관되어 있음 이유를 설명하지 못하고 포기, Morgan이 밝혀냄 Bbll, bbll은 염색체 교차에 따른 유전자 재조합의 결과임 B L b l B L BbLl (1)

연관(linkage) 동일 염색체상에 존재하는 두쌍의 대립유전자 동일 염색체상에 연관된 두쌍의 대립 유전자는 멘델의 법칙에 따라 분리되지 않음 두쌍의 대립유전자가 동일염색체 상에 있으면 검정교배에서 자손의 표현형비율은 1:1이 됨 같은 염색체의 한 부분으로서 서로 연관되어 있는 유전자들을 연관군(linkage group)라 함

완전연관(complete linkage) 이중이형접합체 ( 1 ) ( 2 ) 두쌍의 대립유전자가 강하게 결합되어 있어 AB, ab가 감수분열에서 각각 조를 이룬 상태로 배우자에 들어가는 현상 배우자 비율 (1/2 AB, 0 Ab, 0 aB, 1/2 ab) 을 형성함 각각의 대립유전자를 교환하지 않음 일반적으로 완전연관은 예외에 해당함 많은 경우에 Ab, aB의 조합이 만들어짐 A B a b a B A b 부모 A B a b a B A b 배우자 종류 비율 1/2 1/2 1/2 1/2

교차(crossing over) 이중이형접합체 ( 1 ) ( 2 ) 상동염색체간에 부분교환이 이루어지는 현상 ( 1 ) ( 2 ) 상동염색체간에 부분교환이 이루어지는 현상 연관되어 있는 유전자는 염색체에 직선적으로 배열됨 대립형질의 유전자는 상동염색체에 서로 대응하는 위치에 존재 2개의 유전자 사이에서 교차가 이루어져야 함 교차는 제1감수분열 전기의 2n 염색체에서 일어남 A B a b a B A b 부모 A B a b A B a b A b a B a B A b 배우자 종류 비율 1-x/2 1-x/2 x/2 x/2 1-x/2 1-x/2 x/2 x/2 비교차형 교차형 비교차형 교차형

태사기의 교차 현상 상동염색체 - 감수분열 전기 I - 키아스마 형성 재조합 염색분체 A B a b A B a b A b

교차현상의 관찰과 교차가 초파리 - Morgan - 날개 : 정상(+) > 흔적지 (vg) 체색 : 황색형(+), 흑색형(b) 초파리 실험결과 정리 표현형 유전자형 관찰비율(%) 흔적지, 황색 vg + / vg b 40 정상지, 흑색 + b / vg b 40 정상지, 황색 + + / vg b 10 흔적지, 흑색 vg b / vg b 10 비재조합체 80% 재조합체 20% Vg + + b 날개형 locus 체색 locus 연색체 A 연색체 B

교차가(crossing-over value)의 계산 - Thomas Morgan - 교차형의 개체수 교차가 = x 100 비교차형의 개체수 + 교차형의 개체수 교차가는 염색체상에 위치한 두 유전자간의 거리를 반영한다. 교차가가 낮으면 강한 연관을 의미함 교차가의 범위 0-50% 교차가가 0이면 완전연관, 50이면 연관은 0임

병발교차(coincidence)와 간섭 2중교차의 관측치(%) 병발계수 = 2중교차의 기대치(%) 동일한 염색체에서 2중 교차 이상이 일어나는 현상을 병발교차라 함 2중 교차의 관측치와 기대치의 백분율을 병발계수(coefficient of coincidence)라 함 고등동물에서는 1점에서 교차가 일어나면 인근에서의 교차를 억제하는 경향이 있음 이러한 현상을 간섭(interference)라고 함

유전자지도(gene mapping)의 작성 3가지 유전자좌에 대한 검정교배 실험 예 P : AHN / ahn x ahn / ahn 교차율의 계산 F1 : - AHN 740 비교차형 ahn 761 비교차형 AHn 11 2중 교차형 ahN 5 2중 교차형 Ahn 304 A 와 hn의 교차형 aHN 288 a 와 HN의 교차형 AhN 84 h 와 AN의 교차형 aHn 97 H 와 an의 교차형 A와 H : Ahn + aHN + AhN + aHn = 304 + 288 + 84 + 97 = 773 / 2290 = 0.338 A와 N : AHn + ahN + Ahn + aHN = 11 + 5 + 304 + 288 = 608 / 2290 = 0.266 H와 N : AHn + ahN + AhN + aHn = 11 + 5 + 84 + 97 = 197 / 2290 = 0.086 26.6 8.6 A ---------------------------N-----------H 33.8 33.8 (35.2 = 26.6 + 8.6) 합계 : 2290 개체

초파리의 경우 - Thomas Morgan - 유전자 재조합빈도(교차백분율) 노란색(몸)[y] 흰색(눈)[w] 1.0% 유전자 재조합빈도(교차백분율) 노란색(몸)[y] 흰색(눈)[w] 1.0% 노란색 주홍색(눈)[v] 32.2% 노란색 왜소(날개)[min] 35.5% 주홍색 왜소 3.0% 흰색 주홍색 30.0% 흰색 왜소 32.7% - Thomas Morgan - 두 유전자 사이의 재조합빈도나 교차 백분율을 연구하므로서 염색체상에서 그들의 상대적인 위치를 결정할 수가 있다. y w v min 좌측실험은 초파리에서 노란 몸색깔 흰색 눈 주홍색 눈 왜소한 날개 형질에 대한 교배에서 관찰된 교차백분율이다. x염색체 1% 30% 3% 32% 33% 35.5%