한우 집단 유전적 특성 고려한 유전자 표지 마커 개발
유전자 표지 활용한 정밀육종으로 맞춤형 생산 기반 구축

“동물의 유전 정보를 활용해 잠재적 유전 능력을 예측하기 위해서는 2만 두 이상 집단의 유전체 정보를 수집하고, 확보된 유전체 정보를 활용한 통계 모델을 확립해야합니다. 그후에 우리가 알고자 하는 개체의 유전정보만 갖고 해당 개체의 잠재적 유전능력을 예측할 수 있지요. 한우의 유전체 빅데이터를 처리하기 위한 고사양 분석 서버와 스토리지 등의 장비를 확보했고, 수많은 유전정보 중에 형질에 가장 큰 영향을 주는 유전자군을 밝히기 위한 분석법과 유전능력 예측의 정확도를 높일 수 있는 연구기법을 개발해낸 걸 기쁘게 생각하고 있습니다.

이 같은 결과로 농촌진흥청에서는 한우농가의 생산성을 높이기 위해 개체별 유전능력이 고려된 사육 방향을 결정할 수 있도록 보다 정확한 과학적 근거자료를 제공할 수 있게 됐죠.”

농진청 동물유전체과 임다정 연구관(43)은 지난 14년여 동안 한우 유전정보의 디지털화로 정밀 축산을 가속화할 기반을 마련하는데 일조했다는 평가다. 임 연구관은 이 같은 공로로 지난 2018년 농업기술대상 우수상과 농식품부장관 표창을 받기도 했다.

임 연구관은 그동안 ‘한우 유전체 빅데이터 정보 분석 및 현장 실용화 기술 개발’ 등 다수의 논문과 학술발표를 비롯해 ‘반수체를 검출 또는 증폭할 수 있는 제제를 포함하는 소의 마블링 판별용 조성물’ 등 3건의 산업재산권 등록, 한우의 도체형질 연관 반수체 마커정보의 DB 구축 등 다양한 업무성과를 이어가고 있다.

유전정보 디지털화로 과학적 교배 기반 마련
“질병을 예측하거나 진단하기 위해 유전자 검사를 수행하게 되는데, 이는 질병에 영향을 주는 유전정보를 밝혀내는 연구가 우선적으로 이뤄져야 됩니다. 동물 또한 사람과 비슷한 게놈 사이즈와 유전자를 갖고 있지만 사람과 다른 점은 유전정보를 활용한 인위적인 교배가 가능해 우수한 씨가축을 만들고, 생산성을 높이거나 질병에 걸리지 않도록 유전적으로 우량한 개체를 조기 예측해 선발할 수 있다는 점입니다.”

동일한 사료를 급여하고, 동일한 환경에서도 개체마다 생산 능력의 차이가 발생하는 원인은 개체가 갖고 있는 ‘유전자 조성의 차이’에 기인하기 때문이라는 것이 임 연구관의 설명이다. 따라서 유전자 검사가 보편화된 현재는 ‘유전적 능력’을 최대한 발현할 수 있는 ‘정보력이 높은 유전마커’를 발굴해 가축 개량 효과의 극대화가 필요하다는 것이다.

“‘한우’라는 집단의 특성을 반영해 형질을 예측할 수 있는 최적화된 유전정보를 사용하는 것이 중요했지요. 한 예로, 반수체(Haplotype)라는 것은 부모에게 물려받은 유전 변이들이 특정 부위에서 변하지 않고, 블록(Block) 단위로 세대 간 유지돼 전해지는 유전정보입니다. 따라서 형질에 연관된 반수체를 포함한 유전정보들을 밝혀내게 되면 적은 수의 유전 변이만으로 형질에 영향을 주는지 금방 식별할 수 있게 되지요. 가축에서 생산성(번식, 육질, 육량, 질병 등)에 직접적으로 연관된 유전자 표지 마커 또는 반수체 정보를 활용하면 태어나자마자 개체가 갖고 있는 유전적인 능력을 예측할 수 있습니다.”

임 연구관과 동료들은 최대한 형질에 영향을 주는 유전정보를 확보하고자 한우 씨수소 집단의 유전자 변이 빅데이터(2849만 건)를 구축했다. 그리고 부·모에서 유래된 유전자 표지(반수체) 37만 개를 분석해 웹으로 쉽게 볼 수 있도록 시스템을 개발했다.

“부모에서 유래된 반수체 정보를 활용해 한우의 육량, 육질 관련 반수체 유전 지표 1434개도 발굴했지요. 반수체 정보를 활용하면 일반 유전 변이 정보를 활용했을 때보다 예측을 위한 정보력이 높아져 육량, 육질이 4∼5% 정확하게 예측되는 것을 확인했습니다. 이렇게 발굴된 반수체 정보는 한우 맞춤형 유전자 칩 개발에 반영해 우수한 능력을 가진 한우 개체의 선발 정확도를 높일 수 있는 기반을 마련하게 됐지요.”

임 연구관과 동료들은 이 같은 연구를 바탕으로 국가 중심 한우 유전체 빅데이터 자료를 디지털화 하고, 유전정보를 관리·제공할 수 있도록 해 분자육종 활용 기반을 구축할 수 있었다. 또한, 유전정보 빅데이터 분석을 고도화해 기존에 활용되는 유전체 선발 모델보다 정확하게 형질을 예측할 수 있도록 반수체 정보를 만들고, 유전능력을 조기 예측할 수 있는 생물정보 분석법도 개발했다.

“기존의 혈통정보를 이용하는 것보다 개별 유전변이 마커를 활용하면 10% 이상 정확도가 향상됩니다. 또 개별 유전 마커보다 반수체 정보를 활용하게 되면 4% 이상 정확도가 더 향상되지요. 일반 마커보다 정보력이 높은 한우 집단에 최적화된 반수체 정보를 구성하고, 활용하게 되면 유전체 또는 반수체 정보를 기반으로 한 개체별 교배계획 적용이 가능하게 되는 것입니다.

한우 집단의 유전적 특성이 고려된 한우 맞춤형 유전자 칩은 5만 원 내외로 유전 정보를 확보할 수 있습니다. 이를 활용해 분석 업체, 유관 기관, 대학 등에서는 한우의 육종소재 개발과 컨설팅 등 연구뿐만 아니라 정밀 축산이 가능한 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있습니다. 이미 구축된 한우 유전체 빅데이터는 전체 유전정보를 기반으로 한우 생산능력 예측 시, 출하 두수 기준 약 350억 원 분석비용이 절감되는 효과가 있는 것으로 보고 있습니다.”