“대동여지도” 주석의 기록에 의하면 한반도 남서부에 위 치한 제주도에 북방계열 돼지의 사육기원은 만주와 한반도 일 대에서 사육되던 재래돼지 소형종이 고려시대에 소 및 말과 함 께 유입된 것으로 기록되어 있지만 실제로는 이보다 훨씬 이 전부터 돼지가 사육되었을 것으로 추정되고 있다(Ko, 2014).

서기 285년에 집필된 “삼국지 위지 동이전 부여조”에는 나 라안에 군주와 육축의 이름을 딴 관직인 마가, 우가, 저가, 구 가 등이 기록되어있으며, “삼국지 위지 동이전 파루조”에는 돼 지 고기는 식용, 가죽은 겨울옷감으로, 기름은 몸에 발라 찬바 람을 막는 방한용으로 사용되었다고 기록되어 있다(Lee, 2012). 이와 같은 고서의 기록은 돼지가 한반도에서 고대부족국가 시 대에 이미 중요한 가축으로 여겨져 왔음을 뒷받침해주는 증거 라고 할 수 있다.

삼국시대, 고려시대, 조선시대를 거쳐 구한말까지는 고유의 재래돼지 형태를 유지해 오면서 사육지역의 명칭에 따라 지례 돈, 사천돈, 강화돈, 정읍돈, 제주돈 등으로 불리어지면서 순수 한 혈통을 유지하며 사육되어 왔으나 20세기 초반 일본으로부 터 Berkshire 및 Yorkshire종이 도입되면서 체구가 왜소한 재 래종의 생산성 향상 목적으로 무분별한 교잡화가 진행되었다. 또한 광복 이후 경제성과 생산능력이 우수한 외래종의 도입과 사육확대로 재래돼지의 순수한 혈통은 거의 소멸되어 멸종 위 기에 처했지만 일부 산간오지 및 격리된 도서지역에 위치한 소 수의 농가에서 극히 일부만이 순수한 재래돼지의 형태를 유지 하여 왔다.

1992년 생물다양성협약(Convention on Biological Diversity) 이후 세계 각국은 그 동안 경제적 가치의 열등성으로 사육두 수가 감소되어 희귀하거나 멸종위기에 처한 재래종(지역토착 품종)의 가치를 재고하게 되었다. 국내에서도 1980년대 후반 부터 재래종에 대한 관심이 고조되기 시작하였고, 이에 따라 1986년 제주특별자치도 축산진흥원에서는 제주지역의 흑돼지 를 복원하기 위해 제주도내의 도서지역에서 재래흑돼지 순종 5두(암컷 4두, 수컷 1두)를 수집하여 순수 계통번식 및 보존하 였으며, 그 이후로 제주재래돼지(Jeju native pig) 보존 및 순 수 계통번식을 수행하면서 그 개체수를 증식하여 일반농가에 분양하고 있다(JSSGPLP, 2007). 또한, 최근 국립축산과학원 난지축산연구소에서는 제주재래돼지를 육종소재로 활용하여 제주재래돼지의 장점인 고기 맛을 간직하고 단점인 성장과 번 식력을 향상시킨 국산 흑돼지 “난축맛돈”을 개발하여 2013년 유전자 수준에서 고정된 품종으로 특허출원을 완료하였다.

2007년 동물유전자원의 멸종방지를 위한 인터라켄선언 (Interlaken declaration)에 의한 세계행동계획(Global Plan of Action)이 발표된 이후 전세계적으로 자국의 고유품종 확보 및 평가의 중요성이 강조되면서 품종의 유전적 특성 및 타 품종 과의 근연관계 등의 연구가 활발히 진행되고 있으며, 우리나 라 역시 고유 재래가축을 대상으로 이 같은 연구가 다수 보고 되었다(Seo et al., 2014; Suh et al., 2014). 재래돼지를 대상 으로 한 연구는 일부 보고되었지만(Kim et al., 2007; Lee et al., 2011), 제주재래돼지에 관련된 연구는 mtDNA 다형 분석 (Han et al., 2004; Kim et al., 2011)을 기반으로 한 모계유 전양상 분석 연구가 대부분이다. 따라서 본 연구는 다양한 육 종 소재로 활용이 기대되는 제주재래돼지를 대상으로 유전정보 가 풍부하여 집단유전학 및 가축품종간의 근연관계 등에 널리 이용되고 있는 초위성체(microsatelilite) 마커(Tautz, 1989) 분석을 토대로 분자유전학적인 특성을 구명하고 유전적 고유성 파악 및 생물주권 주장을 위한 근거 자료를 확보하고자 수행하였다.

재료 및 방법

공시재료 및 초위성체 마커

본 연구에서는 국립축산과학원 난지축산연구소으로부터 수 집된 제주재래돼지 순종 50두를 공시하였다. 또한 제주재래돼 지와의 유전적 특성 비교를 위하여 국립축산과학원 가축유전 자원센터에서 유전자원으로써 보존중인 Landrace, Yorkshire, Berkshire 등 외래 3품종 각각 50두도 함께 공시하였다. 본 연구에 사용된 초위성체 마커는 National Center for Biotechnology Information (NCBI) 데이터베이스에 보고된 돼지 18 개 상염색체상에 존재하는 마커 30종(S0004, S0005, S0090, S0101, S0111, S0155, S0215, S0228, S0301, S0355, SW1023, SW122, SW1378, SW168, SW1682, SW1695, SW2, SW2008, SW24, SW240, SW2431, SW268, SW632, SW72, SW830, SW857, SW902, SW995, SWR1008, SWR1848)을 이용하였다.

PCR 및 유전자형 결정

30개 초위성체 마커는 증폭 조건, 증폭산물 크기, 형광표지 를 고려하여 2 - 6개씩 multiplex 조합으로 구성하여 분석하였 다. 주형 DNA 1 μl (10 ng/μl), 각각의 형광표지 primer 혼 합물 0.2-1.0 μl (10 pmole/μl), 최종 부피는 20 μl가 되도록 증류수를 혼합하여 Multiplex-PCR 반응을 실시하였으며, Accupower Negative dye PCR PreMix (Bioneer, Korea)를 이용하였다.

Multiplex-PCR 반응은 C1000 Touch Thermal Cycler (Bio- Rad, USA)를 이용하였으며, 95°C에서 5분 동안 반응 후 95°C에서 1분간 denaturation, 55 - 62°C에서 30초간 annealing, 72°C에서 1분간 extension을 35회 반복 후 72°C에서 30분 동 안 final extension을 실시하였다. PCR 산물은 Hi-Di Foramide와 GeneScan 500-LIZ Size Standard (Applied Biosystems, USA)를 혼합하여 95°C에서 10분간 denaturation 후 ABI PRISM 3130XL Genetic Analyzer (Applied Biosystems, USA)를 이 용하여 모세관전기영동을 실시하였다. 초위성체 마커에 대한 대립유전자의 크기 결정은 GeneMapper (version 4.0) software (Applied Biosystems, USA)를 이용하였고, 그 결과는 Microsoft Excel (Microsoft, ver 2007, USA)을 이용하여 개체별로 취합하였다.

자료의 통계분석

CERVUS ver. 3.0.3 (Kalinowski et al., 2007)을 이용하여 기대 및 관측 이형접합도(Expected and observed heterozygosity: H_Exp and H_Obs), 다형정보지수(Polymorphic Information Content: PIC) 및 초위성체 마커별 대립유전자의 수를 계산하였다. GENETIX ver. 4.05 (Belkhir et al., 2004)를 이용하여 공시 개체들의 대립유전자 출현빈도를 기반으로 요인대응분석 (Factorial Correspondence Analysis: FCA)을 수행하였으며, Nei et al. (1983)의 방법에 따라 품종간의 D_A 유전거리를 계 산하였다.

공시된 4개 품종에 대한 집단별 유전적 균일성은 STRUCTURE ver. 2.3.4 (Pritchard et al., 2000)를 이용하여 분석하였다. 분류 가능한 집단 수(K 값)를 추정하기 위해 각 각의 K (K=2-6)값에 대한 평균 추정치 Pr(X|K)와 표준편차를 계산하였다. 또한 burn-in 50,000회, markov chain monte carlo (MCMC) 반복 수 100,000회를 10회 반복하여 계산된 결과를 Evanno et al. (2005)의 방법에 따라 ΔK 값을 계산하 여 최적의 K값을 결정한 후 각 클러스터에 대한 품종의 실제 분포를 추정하였다. CLUMMP ver. 1.1.2 (Jakobsson and Rosenberg, 2007)를 이용하여 10회 반복한 각 K (K = 2-6)값 결과의 평균치를 계산하고 그 결과를 DISTRUCT ver. 1.1 (Rosenberg, 2004)을 이용하여 도식화하였다.

결과 및 고찰

초위성체 마커의 대립유전자 구성 및 유전적 다양성

본 연구는 우리 고유의 유전자원인 제주재래돼지의 분자유 전학적 특징 및 타 품종과의 근연관계를 구명하기 위해서 수 행하였다. 제주재래돼지 50두 및 외래돼지 3개 품종 150두를 대상으로 상염색체 상에 존재하는 30개 초위성체 마커의 대립 유전자를 분석하고, 이 결과를 토대로 각 마커별 대립유전자 의 수(number of alleles: NA), 유전적 다양성 지수인 기대이 형접합도(H_Exp), 관측이형접합도(H_Obs) 및 다형정보지수(PIC)를 계산하였다(Table 1). 좌위별 대립유전자의 수는 제주재래돼지 는 2 ~ 8개, Landrace는 3 ~ 10개, Yorkshire는 2 ~ 11개, 그리 고 Duroc은 3 ~ 9개로 품종별로 다양한 범위의 대립유전자가 분포하였다. Botstein et al. (1980)은 PIC 0.50 이상, H_Exp가 0.60 이상이면 높은 다형 정보량을 가지고 있는 좌위라고 보 고하였는데, 이러한 좌위가 제주재래돼지에서는 14개가 확인 된 반면 외래품종 집단에서는 19개(Duroc) ~ 24개(Yorkshire)가 확인되었다. 이러한 높은 다형정보량을 보이는 좌위는 4개 품 종에서 공통적으로 나타나거나 혹은 특정 품종에서만 나타나 는 경우도 존재하였다. SW902인 경우 제주재래돼지에서는 PIC 0.580, H_Exp 0.660을 보인 반면 외래품종에서는 0.426 ~ 0.483, 0.459 ~ 0.556으로 나타났다. 품종별 총 대립유 전자 수는 제주재래돼지 집단에서 120개로 3개 외래품종(152- 169)보다 비교적 적게 나타났다. 또한 제주재래돼지의 PIC (0.485), H_Exp (0.550) 및 H_Obs (0.565) 역시 외래 3개 품종의 PIC (0.548-0.620), H_Exp (0.604 - 0.671) 및 H_Obs (0.603 -0.670) 수치보다 다소 낮은 경향을 보였다. 본 연구에서 공시한 제주 재래돼지의 다양성 지수가 외래품종들과 비교하여 낮은 원인 은 과거 생산성향상 등을 위해 외래품종과의 교잡에 의해서 재래돼지 순종의 개체수가 급감하였고, 이때 유전적 다양성 소 실이 발생했기 때문인 것으로 사료된다.

Kim et al. (2007)은 재래돼지 57두 및 외래품종 356두를 대상으로 13종 초위성체 마커를 분석하였는데, 그 중 본 연구 와 동일한 좌위는 7개(S0090, S0101, SW857, S0155, SW24, S0228, S0355)였다. 본 연구결과와 비교하면 재래돼지 에서 나타나는 대립유전자 수는 동일하거나 근소한 차이를 보 인 반면 S0228, S0355, SW857을 제외한 나머지 4개 좌위의 PIC 및 이형접합도는 0.3 이상 높거나 낮게 나타났다(Table 1). 또한 Lee et al. (2011)은 한국재래돼지 6개 집단 및 외래품 종 11집단을 대상으로 26종의 초위성체 마커 분석결과를 보 고하였으며, 그 중 CGA 좌위를 제외한 25개의 초위성체 마 커는 본 연구의 좌위와 동일하였다. 본 연구의 대립유전자수 및 이형접합도의 평균치는 본 연구와 유사한 것으로 확인되었 다(Table 1). 하지만 Kim et al. (2007) 및 Lee et al. (2011)의 공시시료는 한국재래돼지로써 여기에 제주재래돼지가 포함되 었는지에 대한 어떠한 내용도 확인되지 않았다. 따라서 제주 재래돼지만을 분석한 본 연구의 결과와의 직접적인 비교는 불 가능하였다.

유전거리 및 유연관계

제주재래돼지와 외래돼지 3개 품종간의 유연관계를 구명하 기 위하여 분석된 30개 초위성체 마커의 대립유전자 출현빈도 를 근거로 공시된 4개 품종간의 D_A 유전거리를 계산하였다 (Table 2). Landrace와 Yorkshire 집단은 가장 가까운 유전거 리(0.246)를 보였으며, 외래품종들간의 유전거리(0.246 - 0.346) 는 제주재래돼지와 외래품종들 간의 유전거리(0.391 - 0.447)보 다 낮은 결과를 보였다. 30개 초위성체 마커의 대립유전자 출 현빈도에 의한 각 개체수준에서의 유연관계를 자세히 알아보기 위해 GENETIX를 이용한 요인대응분석을 실시하였다(Fig. 1). 1요인의 변이는 44.95%, 2요인은 30.83% 그리고 3요인은 24.22%를 보였으며, Fig. 1에 나타난 바와 같이 분석된 4개 품종은 모두 독립적으로 각각의 군집을 형성하였다. D_A 유전 거리 계산 결과와 마찬가지로 Landrace와 Yorkshire 집단이 상대적으로 가까운 위치에서 군집을 형성하였고, 제주재래돼 지는 외래돼지 3개 품종과는 비교적 멀리 떨어져 군집을 형성 하였다. 각 집단의 개체가 혼재하지 않고 명확히 구분되어 있 음은 집단의 유전적 고유성을 나타낸다고 할 수 있으며, 이상 의 결과는 제주재래돼지가 외래종 3개 품종과는 유전적으로 명확히 구분되는 품종임을 시사하는 과학적 증거라고 할 수 있다.

유전적 구성 및 균일성

30개 초위성체 마커의 대립유전자 다형을 기반으로 개체수 준에서 실제 몇 개의 군락으로 분류가 가능한지를 추정하고자 STRUCTURE software를 이용하여 K값을 2에서 6까지 설정 하여 10회 반복 분석하였다. 그 결과를 Evanno et al.(2005)의 계산법으로 ΔK값을 산출한 결과, 실제 집단 수와 동일하게 4개 집단(K=4)일 때 가장 높은 값(2018.02)을 나타냈다(Table 3). 이 결과는 분석된 4개의 돼지품종은 분자유전학적으로 분류하 여도 실제 4개의 집단으로 분류가 가능함을 의미한다. 또한 4 개의 집단으로 분류하였을 경우의 유전적 균일성 추정 결과는 Table 4에 제시하였는데, 4개 품종 모두 97.8% 이상의 높은 유전적 균일성을 나타내었다. Fig. 2는 K값이 2-4일때 개체 수준에서의 군락분류 결과를 도식화한 것이다. 전체 집단을 2 개로 가정하여 분류(K = 2)했을 때 제주재래돼지가 타품종과 분류되었으며, 실제 집단 수와 동일한 4개의 군락으로 분류 (K = 4)할 경우 대부분이 본래의 집단에 포함되어 있는 결과를 확인할 수 있었다. 이 결과는 현재의 제주재래돼지 순종집단 이 분자유전학적으로 외래 3개 품종과는 유연관계가 거의 없 음을 뒷받침하는 증거이다.

본 연구는 30개 초위성체 마커를 이용하여 제주재래돼지 집 단에 대한 유전적 다양성, 계통유전학적 분석 및 집단 균일성 을 분석하였다. 30개 초위성체 마커 분석을 통해 대립유전자 분석, 다형정보지수 및 이형접합도를 산출하여 분석효율성을 확인하였다. 또한 제주재래돼지 집단과 외래품종 간의 유전적 인 분류가 가능하였고, 집단특이적인 계통유전학적 특성도 존 재함을 확인하였다. 본 연구의 결과는 제주재래돼지의 효율적 인 관리방안 제시와 추후 우리 고유의 품종으로써 제주재래돼 지의 유전적 고유성을 주장할 수 있는 과학적 근거자료로 활 용될 수 있을 것이다. 그러나 기원과 유입경로 등에 대한 명 확한 해석과 유전적 다양성의 상대적인 비교를 위해서는 중 국 및 동아시아 지역의 재래품종 시료를 수집하고 이를 이 용한 제주재래돼지와의 통합적인 추가분석이 필요할 것으로 사료된다.

적 요

근래의 육종산업에 있어서 재래 혹은 토착품종 등 고유 가 축유전자원의 효율적인 보존 및 관리는 중요한 관심사이다. 본 연구는 제주재래돼지와 외래돼지 품종들간의 유전적 다양성, 집단의 구성 및 근연관계를 구명하기 위하여 수행되었다. 제 주재래돼지, Landrace, Yorkshire, Berkshire 등 4품종 총 200 개체를 대상으로 30개 초위성체 마커를 대상으로 대립유전자 를 분석한 결과, 전체 265개의 대립유전자가 관찰되었다. 대 립유전자 수의 범위는 5개(SW168)에서 22개(S0005)였으며, 전체 좌위에 대한 평균 값은 8.83개로 산출되었다. 30개 마커 에 대한 기대 및 관측 이형접합도의 평균치는 0.731 및 0.615, 다형정보지수의 평균값은 0.697로 확인되었다. 제주재 래돼지의 유전적 다양성은 외래 품종에 비하여 낮게 나타났다.

계통유전학적 유연관계, 요인대응분석 및 집단구조 분석 결과, 제주재래돼지는 서양유래의 상용품종과 유전적으로 명확히 구 분되었다. 따라서 본 연구 결과는 제주재래돼지의 유전적 고 유성 및 유전자원으로써 가치판단을 위한 과학적 근거가 될 것으로 사료된다.