유전 및 육종 : 홀스타인의 유생산형질에 대한 유전모수 추정

조충일 ( Chung Il Cho ),조관현 ( Kwang Hyeon Cho ),최연호 ( Yun Ho Choy ),최재관 ( Jae Kwan Choi ),최태정 ( Tae Jeong Choi ),박병호 ( Byoung Ho Park ),이승수 ( Seung Su Lee ) 한국동물자원과학회(구 한국축산학회) 2013 한국축산학회지 Vol.55 No.1

The purpose of this study was to estimate (co)variance components of three milk production traits for genetic evaluation using a multiple lactation model. Each of the first five lactations was treated as different traits. For the parameter estimation study, a data set was set up including lactations from cows calved from 2001 to 2009. The total number of raw lactation records in first to fifth parities reached 1,416,589. At least 10 cows were required for each contemporary group, herd-year-season effect. Sires with fewer than 10 daughters were discarded. Lactations with 305d milk yield exceeding 15,000 kg were removed. In total, 1,456 sires of cows were remained after all the selection steps. A complete pedigree consisting of 292,382 records was used for the study. A sire model containing herd-year-season, caving age, and sire additive genetic effects was applied to the selected lactation data and pedigree for estimating (co)variance components via VCE. Heritabilities and genetic or residual correlations were then derived from the (co)variance estimates using R package. Genetic correlations between lactations ranged from 0.76 to 0.98 for milk yield, 0.79~1.00 for fat yield, 0.75~1.00 for protein yield. On individual lactation basis, relatively low heritability values were obtained 0.14~0.23, 0.13~0.20 and 0.14~0.19 for milk, fat, and protein yields, respectively. For the combined lactation heritability values were 0.29, 0.28, and 0.26 for milk, fat, and protein yields. The estimated parameters will be used in national genetic evaluations for production traits. 본 연구의 목적은 여러 산차를 이용한 모델을 사용하여 유전평가분석을 하기위하여 3개의 유량생산 형질에 대한 (공)분산 성분을 추정하고자 하였다. 모수추정을 위한 자료는 2001년부터 2009년까지의 검정자료를 이용하였고 원시자료수는 1,416,589개이며 5개의 산차형질에 대해 각각 다른 형질로 가정하여 추정하였다. 동기그룹 내 10두 이하 및 씨수소의 딸소가 10두 미만인 개체는 삭제를 하였으며 305일 유량생산이 15,000kg을 초과하는 비유개체에 대하여 사전 데이터 가공을 실시하였다. 혈통파일은 총292,382개의 혈통자료와 1,456두의 씨수소로 구성되어진 혈통자료가 연구에 사용되었다. Sire 모형은 herd-year-season의 동기그룹과 분만월령 그리고 혈통과 5산까지 상가적 유전효과들이 적용되었으며 VCE를 이용하여 유전 (공)분산이 추정되었다. 유전율과 유전상과 그리고 잔차상관은 R 패키지를 이용하여 계산하였다. 유량에 대한 산차간 유전 상관은 0.76에서 0.98였고, 유지방량은 0.79~0.10, 유단백질량은 0.75~1.00로 나타났다. 각 산차별 유량, 유지방량, 유단백질량은 상대적으로 낮은 유전력인 0.14~0.23, 0.13~0.20이 추정되었으며 산차에 가중치로 결합된 유전력은 각 형질에서 0.29, 0.28, 0.26로 나타났다. 본 연구에서 추정된 모수들은 국가단위 유전평가분석에 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

유전 및 육종 : 돼지의 번식형질과 산육형질에 대한 유전모수 추정

조충일 ( Chung Il Cho ),안진국 ( Jin Kuk Ahn ),이준호 ( Joon Ho Lee ),이득환 ( Deuk Hwan Lee ) 한국동물자원과학회 ( 구 한국축산학회 ) 2012 한국축산학회지 Vol.54 No.1

본 연구는 국내 특정 종돈장에서 보유하고 있는 종돈에 대한 번식형질 및 산육형질들에 대한 유전변이를 추정하고자 연구를 실시하였다. 본 분석에 이용된 자료는 2000년부터 2008년까지 개량을 진행한 국내 모종돈장에 있는 돼지(Landrace, Large white, Duroc) 2,447두에서 조사된 9,886복의 번식자료(실산자수, 이유자돈수)와 10,181두의 산육검정자료(등심단면적, 90kg 도달일령, 등지방두께, 정육률)을 이용하여 분석을 실시하였다. 번식형질 및 산육형질에 적합한 모형을 찾기 위해 분산분석을 실시하였으며, 그 결과 번식형질에서 품종효과, 교배웅돈효과, 산차효과, 분만시 년도-계절효과, 산육형질에서 품종효과, 분만시 년도-계절효과, 성의 효과, 모산차 등이 환경요인으로 작용하는 것으로 나타나 이들을 혼합모형방정식에 적합시켜 유전모수를 추정하였다. 그 결과, 번식형질의 실산자수에 대한 유전력은 0.07, 모체 유전효과에 대한 유전력은 0.02로 추정되었고 이유자돈수의 유전력은 0.03, 모체 유전효과에서 0.02로 추정되었으며 이들 두 형질 간의 유전상관은 0.14, 모체 유전효과에 대한 상관은 0.06로 추정되었다. 또한 등심면적의 경우 0.19, 90kg 도달일령은 0.39, 등지방두께 및 정육률은 각각 0.36 및 0.43으로 번식형질에 비해 높은 유전력을 나타내는 것으로 추정되었다. 또한 등심단면적과 등지방두께 간에는 0.04로 유전적 상관관계가 없으며, 등심단면적과 정육률 간에는 0.35로 중도의 유전적 상관관계를 갖는 것으로 추정되었다. 반면에 등지방두께와 정육률 간은 -0.42로 중도의 부의 상관관계를 나타냈으며, 등지방두께와 90kg 도달일령 간에는 유전상관이 없는 것(0.00)으로 추정되었다. 또한 번식형질과 산육형질 간 유전상관은 등지방두께를 제외한 나머지 산육형질에서 번식형질과의 부의 상관을 보여, 번식형질 또는 산육형질을 독자적으로 개량하고자 할 때, 부의 관계가 있는 형질과의 유전적 관계를 고려한 개량목표 설정이 필요할 것으로 사료된다. The purpose of this study was to estimate heritabilities and genetic correlations for reproductive and productive traits and to apply their estimates to selection strategies in a swine population. Reproductive and productive traits considered in this study were number of born alive piglet(NBA), number of weaned piglet(NW), loin eye area(LEA), days to 90kg(D90KG), back fat thickness(BF), and lean meat content(LEAN). Data were collected from 9,886 litters on 2,447 sows for reproductive traits and 10,181 gilts and boars for productive traits from Jan. 2000 to Dec. 2008 in a swine GGP farm. The statistical model to estimate genetic parameters for considering traits was a multiple traits animal model with including animal and maternal additive effects and litter effects on reproductive traits and animal additive effects on productive traits as random as well as some of fixed effects. For estimating (co)variance components of several random effects, restricted maximum likelihood methodology was used on this assumed model. The estimated heritabilities by animal additive effects and maternal effects were 0.07 and 0.02 for NBA and 0.03 and 0.02 for NW, respectively. Genetic correlation estimate for direct genetic effects between NBA and NW was 0.14. Heritability estimates for direct genetic effects were 0.19, 0.39, 0.36, and 0.43 for LEA, D90KG, BF and LEAN, respectively. The genetic correlation of LEA with LEAN was 0.35. Productive traits were antagonistically correlated with reproductive traits. From these results it is concluded that, if selection is done for strong positive effects of reproductive traits, then this would decline productive performance.

유전 및 육종 : 국내 두록종 농장간 유전적 연결성 추정

조충일 ( Chung Il Cho ),최재관 ( Jae Kwan Choi ),박병호 ( Byoung Ho Park ),김시동 ( Si Dong Kim ),권오섭 ( Oh Sub Kwon ),최유림 ( You Lim Choi ),최연호 ( Yun Ho Choy ) 한국동물자원과학회(구 한국축산학회) 2012 한국축산학회지 Vol.54 No.5

돼지에서 농장간 유전적 연결성은 다른 농장간 추정 육종가의 비 교를 위해 매우 중요한 지표이다. 본 연구에서는 유전적 연결고리 가 존재하는 6개의 두록 농장에서 수집된 24,971두의 90 kg 도달 일령에 대한 검정자료 및 456,697두의 혈통정보를 이용하였으며, 농장간 연결성은 연결율 수식에 의해 계산하였다. 분석 결과, 두록 농장간 교류를 위하여 총 8두에서 생산된 정액이 사용된 것으로 나타났다. A 농장은 8두의 종돈을 통하여 나머지 5개 농장과 모두 종돈 교류가 이루어졌으며, B-E 농장의 경우 F 농장을 제외한 나머 지 4개 농장과의 종돈 교류가 있었으며, F 농장은 오직 A농장과 혈연적인 연결이 존재하는 것으로 나타났다. 그러나 F 농장은 A농 장과의 연결을 통하여 나머지 다른 농장과 연결성을 갖게 되어 두 록 6개 농장간 연결성이 존재하는 것으로 나타났다. 또한 농장간 연결율이 가장 높은 값은 A농장과 C 농장간의 91.7%로 6개의 두 록 농장 중 농장간 연결율이 가장 높았으며, 반대로 D농장과 F 농 장에서 65.1%로 가장 낮은 연결율을 나타냈다. 국내 6개 두록 종 돈장간 연결율은 65% 이상으로 고도의 유전적 연결성이 존재하는 것으로 나타나 단일 집단의 개념에서 유전평가가 가능하며, 이를 이용하여 농장내외 개체간 상대적 비교를 통해 우수 종축을 선발할 수 있을 것으로 사료된다. The genetic connectedness between herds is an essential requirement to make robust across-herd estimation of the breeding values of the animals. In this study, genetic connectedness between herds was evaluated by a connectedness rating method. A total of 24,971 records of days to 90 kg (D90KG) of the pigs on performance testing programs collected from six herds (labeled from ``A`` to ``F``) of Duroc breed along with pedigree information comprising 456,697 families were used. Results showed that a total of eight boars were used for semen exchange programs among participant farms. Herds ``A`` through ``E`` were found strongly connected among them. But ``F`` herd was genetically connected strongly only with ``A`` herd. The highest average connectedness rating was 91.7% between ``A`` herd and ``C`` herd. The lowest average connectedness rating was 65.1% between ``D`` and ``F``. The concept of a single genetic group comprising six Duroc herds studied is meaningful due to high connectedness rates among them. Therefore, with this high genetic ties between participant Duroc farms, the more accurate genetic evaluation would be possible.

Estimation of Linkage Disequilibrium and Effective Population Size using Whole Genome Single Nucleotide Polymorphisms in Hanwoo

Chung Il Cho(조충일),Joon Ho Lee(이준호),Deuk Hwan Lee(이득환) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.3

본 연구는 한우 유전체 전장에 존재하는 고밀도 단일염기다형을 DNA chip을 이용하여 각각의 유전자형을 구명하고, 동일염색체 내에 존재하는 각 표지인자쌍의 연관불평형을 성 염색체를 제외한 모든 상염색체에서 추정하여 물리적 거리별 연관불평형의 정도를 확인하고 이러한 결과를 이용하여 한우 집단의 유효집단 크기를 추정하기 위하여 실시하였다. 한우개량사업소에서 2005년부터 2008년까지 후대검정에 공시된 후보종모우 및 후대 검정우 288두에 대해 혈액을 채취하고 Bovine SNP 50 DNA Chip을 이용하여 유전자형을 분석하였으며, 총 51,582 표지인자 중 결측률이 10% 이상인 표지인자 1개 및 다형성이 없는 표지인자 10,730개에 대해 사전제거를 실시하고 남은 40,851개의 SNP표지인자를 본 분석에 활용하였다. 연구 결과, 성 염색체를 제외한 상 염색체의 총 SNP표지인자의 길이는 2,541.6 Mb였으며, 염색체별 평균 SNP표지인자간 거리는 0.55에서 0.74로 분포하였으며, EM알고리즘을 이용하여 염색체별 연관불평형을 추정해 보았을 때, 기존의 보고된 연구와 유사하게 표지인자간 거리가 짧을수록 높게 나타나는 지수형태의 그래프를 나타냈으며, SNP표지인자간 거리에 따른 r2를 보면, 0 Mb에서 0.1 Mb일 때 0.136, 0.1-0.2 Mb에서 0.06로 나타났다. Luo (1998)의 연구결과를 한우에 적용시켰을 때, 전체분산의 5%이상 설명하는 양적형질좌위 발굴을 위해서 약 2,000두의 표현형 자료가 필요할 것으로 사료되었다. 또한 한우의 세대별 유효집단 크기에 대해 추정해 본 결과, 현재 한우의 유효집단크기는 84두로 추정되었고, 지금으로부터 약 50세대 이전의 유효집단 크기는 1,150두로 추정되었다. 가축에서 인공수정이 도입(1960년대)된 이 후 개량의 가속화로 인해 한우의 유효집단 크기가 급격히 감소한 것으로 사료되었다. This study was conducted to estimate the extent of linkage disequilibrium (LD) and effective population size using whole genomic single nucleotide polymorphisms (SNP) genotyped by DNA chip in Hanwoo. Using the blood samples of 35 young bulls born from 2005 to 2008 and their progenies (N=253) in a Hanwoo nucleus population collected from Hanwoo Improvement Center, 51,582 SNPs were genotyped using Bovine SNP50 chips. A total of 40,851 SNPs were used in this study after elimination of SNPs with a missing genotyping rate of over 10 percent and monomorphic SNPs (10,730 SNPs). The total autosomal genome length, measured as the sum of the longest syntenic pairs of SNPs by chromosome, was 2,541.6 Mb (Mega base pairs). The average distances of all adjacent pairs by each BTA ranged from 0.55 to 0.74 cM. Decay of LD showed an exponential trend with physical distance. The means of LD (r2) among syntenic SNP pairs were 0.136 at a range of 0-0.1 Mb in physical distance and 0.06 at a range of 0.1-0.2 Mb. When these results were used for Luo’s formula, about 2,000 phenotypic records were found to be required to achieve power > 0.9 to detect 5% QTL in the population of Hanwoo. As a result of estimating effective population size by generation in Hanwoo, the estimated effective population size for the current status was 84 heads and the estimate of effective population size for 50 generations of ancestors was 1,150 heads. The average decreasing rates of effective population size by generation were 9.0% at about five generations and 17.3% at the current generation. The main cause of the rapid decrease in effective population size was considered to be the intensive use of a few prominent sires since the application of artificial insemination technology in Korea. To increase and/or sustain the effective population size, the selection of various proven bulls and mating systems that consider genetic diversity are needed.

Control Performance Test of an Electrically-Controlled Variable Valve Timing System Using Servo Motors

조충일(Chung-Il Cho),안형준(Hyeong-Joon Ahn) Korean Society for Precision Engineering 2017 한국정밀공학회지 Vol.34 No.6

유한요소해석을 이용한 영구자석 바이어스 자기 구동기 설계

조충일(Chung-Il Cho),황만하이(Manh Hai Hoang),안형준(Hyeong-Joon Ahn) 한국소음진동공학회 2017 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.4

서보 모터를 이용한 전자식 가변 밸브 제어 시스템의 캠축 위상 제어

조충일(Chung-Il Cho),황킴덕(Kim Duc Hoang),안형준(Hyeong-Joon Ahn) 대한기계학회 2016 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2016 No.12

다양한 기계학습 기반의 황새 서식지 적합성 예측

조용장(Yong-Jang Cho),유제혁(Jehyeok Rew),김충일(Chung-il Kim),황인준(Eenjun Hwang) 한국정보과학회 2019 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.12

베이지안 회귀를 이용한 국내 홀스타인 젖소의 유량형질 관련 DGAT1유전자 효과 검증

조광현,조충일,박경도,이준호,Cho, Kwang-Hyun,Cho, Chung-Il,Park, Kyong-Do,Lee, Joon-Ho 한국데이터정보과학회 2015 한국데이터정보과학회지 Vol.26 No.6

젖소의 유생산 형질에 가장 큰 영향을 미치는 유전자들 중 하나로 알려진 DGAT1 유전자의 효과를 국내 젖소 종축의 고밀도 유전체 정보를 이용하여 검증하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 국내 젖소 씨수소로 구성된 353두의 고밀도 유전체 정보, 혈통, 추정 육종가 및 신뢰도 정보를 수집하였으며, 단일염기다형성 효과를 추정하기 위한 종속변량으로 가장 정확한 유전체 육종가를 예측할 수 있는 DeRegressed EBV를 산출하여 분석에 이용하였다. BovineSNP50 v2 패널을 이용하여 구명한 고밀도 유전자형 정보 중 유효성검증 과정을 통하여 41,051개 SNP을 선정하였으며, 각 단일 염기다형성의 실제적 유전체 육종가 기여도를 확인하기 위하여 유전체 선발방법 중 하나인 베이즈B (pi=0.99) 방법을 이용하여 SNP 효과를 추정하였다. 1메가 베이스페어의 구간으로 구성된 유전체 전장의 2,516개 윈도우 별 유전분산 설명력을 계산한 결과 상위 1, 3 윈도우가 DGAT1유전자 주변에서 발견되었으며, 이 두 윈도우의 유전분산 설명력은 각각 0.51% 및 0.48%인 것으로 나타났다. DGAT1유전자는 유전체 선발에 상업적으로 이용되는 50k SNP chip에 포함되어있지 않기 때문에 직접적인 유전자의 효과가 명확하게 드러나지는 않지만 DGAT1 유전자에 인접한 단일염기다형성들간의 연관불평형에 의하여 주변 윈도우에서 가장 높은 유전분산 설명력을 보이는 것으로 사료된다. DGAT1(diacylglycerol O-acyltransferase1) gene is well known as a major gene of milk production in dairy cattle. This study was conducted to investigate how the DGAT1 gene effect on milk yield was appeared from the genome wide association (GWA) using high density whole genome SNP chip. The data set used in this study consisted of 353 Korean Holstein sires with 50k SNP genotypes and deregressed estimated breeding values of milk yield. After quality control 41,051 SNPs were selected and locations on chromosome were mapped using UMD 3.1. Bayesian regression of BayesB method (pi=0.99) was used to estimate the SNP effects and genomic breeding values. Percentages of variance explained by 1 Mb non-overlapping windows were calculated to detect the QTL region. As the result of this study, top 1 and 3 of 2,516 windows were seen around DGAT1 gene region and 0.51% and 0.48% of genetic variance were explained by these two windows. Although SNPs on the DGAT1 gene region are excluded in commercial 50k SNP chip, the effect of DGAT1 gene seem to be reflected on GWA by the SNPs which are in linkage disequilibrium with DGAT1 gene.

홀스타인 젖소의 케톤증과 관련된 원유속 아세톤과 β-히드록시부틸산 함량에 대한 (공)유전력

조광현,조충일,이준호,박경도,Cho, Kwang-Hyun,Cho, Chung-Il,Lee, Joon-Ho,Park, Kyung-Do 한국데이터정보과학회 2015 한국데이터정보과학회지 Vol.26 No.4

This experiment was conducted to estimate the heritability and coheritablity of daily milk yield, acetone and ${\beta}$-hydroxybutyrate (BHBA) concentrations in raw milk. The average concentrations of acetone and BHBA were $135.54{\pm}96.29{\mu}mol$ and $61.08{\pm}66.76{\mu}mol$, respectively, and the differences between high group and low group cows were highly significant (p <0.01). The estimates of heritability of daily milk yield, acetone and BHBA concentrations were in the range of 0.18~0.21, 0.11~0.13 and 0.01~0.02, respectively. The estimate of heritability of $Log_e$acetone did not change much, while that of $Log_eBHBA$ increased to 0.03~0.04. The estimates of phenotypic and genetic correlation coefficients between acetone and BHBA were 0.44 and 0.48, respectively. In low milk yield group, the coheritability estimates of BHBA and $Log_eBHBA$ when selection was for daily milk yield were 0.26 and 0.32, respectively. These were higher than the coheritability estimate of acetone when selection was for daily milk yield. The same trend was noted in the coherihability estimates from the whole records using both high and low milk yield groups together. BHBA concentration seemed to be more effectively responding than acetone concentration when selection was for daily milk yield. 본 연구는 젖소 35,645두의 검정기록, 총 294,834를 이용하여 1회 착유량과 아세톤 및 ${\beta}$-히드록시부틸산 (BHBA) 함량의 (공)유전력을 추정하기 위하여 수행되었다. 아세톤과 BHBA의 평균 함량은 원유 1리터당 각각 $135.54{\pm}96.29{\mu}mol$과 $61.08{\pm}66.76{\mu}mol$였으며, 상위군과 하위군간 아세톤과 BHBA 함량의 차이는 각각 $6.12{\mu}mol/L$과 $4.35{\mu}mol/L$로서 모두 유의적인 차이(p<0.01)를 나타내었다. 1회 착유량의 유전력은 0.18~0.21, 아세톤 함량은 0.11~0.13과 BHBA 함량은 0.01~0.02의 범위에서 추정되었다. 아세톤과 BHBA의 표현형상관과 유전상관은 각각 0.44와 0.48로 추정되었으며, BHBA 함량이 $500{\mu}mol/L$ 이상부터는 아세톤과의 상관관계가 현저히 낮아지는 현상을 나타내었다. 하위군에서 1회 착유량에 대한 아세톤과 $Log_e$아세톤의 공유전력은 각각 0.02와 0.16으로 추정된 반면, BHBA와 $Log_eBHBA$의 공유전력은 각각 0.26과 0.32로 아세톤의 추정치보다 높게 나타났으며, 이러한 결과는 전체자료로 추정된 결과와도 일치하였다. 따라서 아세톤 함량보다는 1회 착유량과 공유전력이 높은 BHBA 함량이 1회 착유량에 대한 선발을 통하여 간접선발 반응을 유도하는데 더 효과적이며, 지시형질로서 바람직하였다.