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한우 태아기 6, 9개월령 등심 조직의 전사체 분석을 통한 근생성 및 지방생성 관여 유전자 발굴
정태준(Taejoon Jeong),정기용(Ki-Yong Chung),박원철(Woncheol Park),손주환(Ju-Hwan Son),박종은(Jong-Eun Park),채한화(Han-Ha Chai),권응기(Eung-Gi Kwon),안준상(Jun-Sang Ahn),이지웅(Jiwoong Lee),임다정(Dajeong Lim),Mi-Rim Park 한국생명과학회 2020 생명과학회지 Vol.30 No.1
동물의 근섬유는 배아기와 태아기를 거치며 형성하게 되며 출생 후에는 상처 치유를 위한 것 외에 근섬유 수를 늘리는 순수한 근섬유 형성은 없으며, 이미 존재하고 있는 근섬유의 비대로 근육의 성장이 이뤄진다. 따라서 태아기의 근육의 성장과 발달이 성체의 근육량 및 조성에 미치는 영향이 매우 크며 이 시기에 발현되는 유전자 및 기능을 구명하는 것은 최종적으로 육질, 육량에 개선시키기 위한기초 자료로 활용될 수 있을 것이다. 하지만 한우에서의 연구는 전무한 실정이다. 본 연구는한우 태아기 성장 단계별 근육의 성장과 발달에 관여하는 유전자를 찾기 위한 전사체 분석을 수행하였다. 한우 태아기 6, 9개월령 등심 조직 시료에서 생산한 전사체 자료를 대상으로 DESeq2와 edgeR을 활용하여 성장단계별 유전자의 발현량을 분석하여 차등발현유전자군을 추출했으며, 2개 소프트웨어서 공통적으로 추출된 유전자군(6개월령 특이 발현 유전자 913개, 9개월령 특이 발현 유전자 233개)을 차등발현유전자로 구명 하였다. 차등발현유전자군으로 분류하였다. 차등발현유전자군을 활용하여공발현 유전자 네트워크 분석을 구성하였으며, 유사한 발현 양상을 보이는 유전자들을 그룹화하여 6개월령 특이 발현 유전자군 5개, 9개월령 특이 발현 유전자군 2개의 모듈로 분류했다. 각 모듈은 Gene Ontology (GO) 및 KEGG pathway 분석으로 유의한 기능을 확인하였다. 그 결과, 한우 태아기 6, 9개월령 특이 발현 유전자 네트워크 중, 근육과 지방생성 대사회로와 관련된 2개의 모듈에 대해 네트워크 내에 허브 유전자를 선정할 수 있었다. STRING을 활용하여 단백질 상호작용 네트워크를 구성하고, MCC (maximal clique centrality) 점수를 활용하여 상위 10%의 유전자들을 공발현 분석의 모듈내 허브 유전자로 선정하였다. 그 결과 6개월령 특이 발현 유전자군의 모듈에서는 axin1(AXIN1) 유전자, 9개월령 특이 발현 유전자군 모듈에서는 succinate-CoA ligase ADP-forming beta subunit (SUCLA2) 유전자가 허브 유전자로 확인되었다. AXIN1 유전자는 선행 연구를 통해 6개월령에서 9개월령으로 넘어가면서 근섬유 수의 증식이 억제되고 지방생성이 활발히 이뤄지는 것에 핵심적인 역할을 하는 것으로 추정할 수 있었다. 또한, 시트르산 회로의 중요 요소인 SUCLA2 유전자는 소의 태아기 지방 조직 성장단계에 따라 유전자의 발현이 증가된다는 보고에 따라, 지방 대사와 관련된 유전자임을 알 수 있었다. 추후 한우 태아기 6, 9개월령에 특이적으로 발현된 유전자들을 대상으로 근육 및 지방 형성 관련 기능을 검증하는 후속 연구가 필요할 것이다. The prenatal period in livestock animals is crucial for meat production because net increase in the number of muscle fibers is finished before birth. However, there is no study on the growth and development mechanism of muscles in Hanwoo during this period. Therefore, to find candidate genes involved in muscle growth and development during this period in Hanwoo, mRNA expression data of longissimus in Hanwoo at 6 and 9 months post-conceptional age (MPA) were analyzed. We independently identified differentially expressed genes (DEGs) using DESeq2 and edgeR which are R software packages, and considered the overlaps of the results as final-DEGs to use in downstream analysis. The DEGs were classified into several modules using WGCNA then the modules’ functions were analyzed to identify modules which involved in myogenesis and adipogenesis. Finally, the hub genes which had the highest WGCNA module membership among the top 10% genes of the STRING network maximal clique centrality were identified. 913(6 MPA specific DEGs) and 233(9 MPA specific DEGs) DEGs were figured out, and these were classified into five and two modules, respectively. Two of the identified modules’(one was in 6, and another was in 9 MPA specific modules) functions was found to be related to myogenesis and adipogenesis. One of the hub genes belonging to the 6 MPA specific module was axin1 (AXIN1) which is known as an inhibitor of Wnt signaling pathway, another was succinate-CoA ligase ADP-forming beta subunit (SUCLA2) which is known as a crucial component of citrate cycle.
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