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[축산기술 전문연구실] ④ 국립축산과학원 생물정보연구실“유전체 분석기술로 미래축산 개척”

[축산기술 전문연구실]

국내축산업 생산액은 전체 농업생산액의 40% 정도를 차지하고 있으며, 매년 6.3%씩 성장하고 있다. 우리 축산업의 밑바탕에는 축산기술의 연구개발과 현장실용화기술을 보급하고 있는 국립축산과학원의 역할과 노력이 큰 기여를 하고 있다. 지속가능한 축산기술개발을 기치로 우리 축산업의 발전을 위해 헌신하고 있는 국립축산과학원을 구성하고 있는 전문연구실의 주요기능과 실적, 계획 등에 대해 연간기획으로 살펴본다.

④ 국립축산과학원 생물정보연구실

“유전체 분석기술로 미래축산 개척”

재래가축 표준유전체 지도구축, 한우 유전자칩 개발 등 성과

기후변화 적응 유전자발굴 등 미래 정밀축산 위한 정보화박차

◇ 4차 산업혁명의 핵심인 생물정보기술

생명과학 분야에서 2003년 인간 게놈프로젝트의 완료는 생명의 신비를 유전자 수준에서 규명할 수 있는 계기가 됐다. 그 뿐만 아니라 다양한 동식물과 미생물 종에 대한 게놈연구를 통해 생물체 고유의 생명현상 메커니즘을 예측할 수 있는 단서를 마련했다. 대량의 유전정보분석이 있어야 하는 게놈연구는 생물정보학을 통해 가능해졌다. 최근의 생물정보학은 유전체분석의 목적, 활용 등 다양한 변화에 따라 고도화하고 있다. 2016년 세계경제포럼에서 클라우스 슈바프는 제4차 산업혁명을 제시했다. 제4차 산업혁명의 핵심은 빅데이터분석, 인공지능, 사물인터넷, 나노기술 등 6대 분야의 새로운 기술혁신에 있다. 이러한 핵심기술 중에서도 빅데이터분석은 가장 기본적이며 중요한 요소다. 이는 인공지능을 중심으로 한 소프트웨어와 방대한 데이터를 처리하는 컴퓨팅기술을 필요로 한다. 이처럼 유전체 연구분야에서는 생물정보 분석기술이 핵심기술이라 할 수 있다.

국립축산과학원 동물유전체과 생명정보연구실 연구원들.

국립축산과학원에서는 1994년 유전자연구를 시작했다. 2002년 지금의 동물유전체과의 전신인 기초생명공학과를 신설하고 유전자연구를 강화했다. 그 후 2004년 동물유전체과로 명칭을 변경하고 가축의 표준유전체 지도작성 및 생물정보 분석기능을 강화했다. 생물정보연구실은 동물로부터 생산된 대량의 유전체 빅데이터에 대해 전산학, 통계학, 유전학 등 다양한 학문을 통합해 다각적인 종합분석을 수행하고 있다. 특히 가축생산성을 높이기 위해 개체별능력을 더욱 더 정확하게 예측할 수 있는 인공지능(AI) 기술도입에 온 힘을 기울이고 있다.

◇ 국가고유 재래가축의 정보구축

생물정보연구실은 재래유전자원 보존과 재래가축 유전특성구명을 위해 2010년 한우를 비롯해 재래돼지(2012), 토종닭·흑염소(2015), 오계·토종오리·제주마·진돗개(2017) 등 총 8종의 재래가축에 대한 표준유전체 지도를 작성했다. 현재는 긴꼬리닭과 난축맛돈에 대한 표준유전체 지도를 작성 중이다. 연구과제를 통해 얻은 방대한 유전체정보는 모두 개별자료화했으며, 이들의 활용성을 높이기 위해 통합자료를 구축했다. 이런 노력으로 정부혁신과제인 ‘동물유전체 맞춤형 빅데이터 공개로 민관 협업체계조성과 산업활성화’를 추진, 2017년 526건, 2018년에는 현재까지 977건의 유전체정보를 분양했다. 앞으로는 8개 축종에서 200건 이상의 정보로 확대하고, 소비자들의 접근성을 높이기 위해 현재 공문으로 접수받는 시스템을 온라인 접수시스템으로 변경하기 위한 작업을 수행하고 있다. 이러한 유전체 정보들은 우수한 가축의 선발, 개체별 맞춤형 사양관리연구 및 컨설팅 등에 활용할 수 있을 것이다.

5만4000개의 유전자 정보가 들어있는 한우 맞춤형 유전자칩

◇ 현장에서 꽃피는 유전체 정보분석기술

생물정보연구실은 올해 대량의 한우 유전체정보를 활용해 한우의 유전적 질환과 고기품질, 살코기 생산량 등 능력과 연관 지을 수 있는 5만4000개의 유전자 정보가 들어있는 한우맞춤형 유전자칩을 개발했다. 이 유전자칩은 한우에 특성화된 유전자정보를 담고 있으며, 비용도 기존 칩보다 40% 저렴한 8만원 선이다. 칩을 통해 얻은 유전체정보를 한우암소 개량에 활용할 경우 한우 개량효율을 한층 끌어올릴 수 있으며, 유전정보가 활용된 국가단위 씨수소 선발에도 이용할 수 있다. 또한 변화되는 환경에 대응하는 한우집단의 주요형질에 영향을 주는 원인유전자와 새로운 유전요인 발굴, 유전질환을 일으키는 돌연변이 정보를 확보하는 등 한우 개량체계 전반에 적용할 수 있다.

◇ 기후변화 대응도 유전체정보로

축산분야에서도 기후변화는 매우 중요한 주제다. 생물정보연구실은 9개국 17개 연구팀으로 구성된 아프리카소 게놈컨소시엄에 참여했다. 아프리카 토착 소 품종에 대한 3700만개의 유전적 변이분석 결과, 고온저항성과 관련된 PRLH 유전자에 존재하는 단일염기서열변이(SNP)는 아프리카 토착소에서는 73% 이상 보존됐지만, 한우를 비롯한 상용품종에서는 존재하지 않는 것을 확인했다. 아프리카의 다른 고도에서 적응해온 닭의 전사체 분석을 통한 열적응 관련 후보유전자 선정 및 검증을 수행했다. 또한 국내 상업용 오리를 활용해 고온 스트레스에 적응패턴을 보이는 유전자군을 선별하고 검증하는 연구를 수행했다. 이렇게 선정된 유전자 들은 보다 깊이 있는 연구를 통해 소, 돼지 닭 등 고온적응성이 강한 가축집단을 구축하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

김창수  csk@alnews.co.kr

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