상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 돼지의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머를 이용하여 멀티플렉스 PCR을 수행하는 것을 특징으로 하는 돼지 개체의 식별방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 돼지의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머를 포함하는 돼지 개체 식별용 키트를 제공한다.
또한, 본 발명은 돼지의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머 세트를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 키트를 이용한 브랜드육의 식별방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용된 용어 "마이크로새틀라이트(Microsatellites)"란 진핵세포(eukaryotes) 유전자 전역에 걸쳐 분포하는 모노-, 디-, 트리- 및 테트라뉴클레오타이드 형태의 짧은 반복 염기서열을 의미한다. 일반적으로 이러한 반복 서열은 염색체 내에서 10 내지 40 번 정도 단순반복 (tandem repeat)된 형태로 존재한다.
본 발명에서 사용된 용어 "마이크로새틀라이트 마커"란 마이크로새틀라이트를 이용한 DNA 다형검출 마커를 말한다.
본 발명에서 사용된 용어 "DNA 다형(Polymorphism)"이란 동일종간 생물개체 의 특이적 DNA 구조의 다양성을 말한다.
본 발명에서 사용된 용어 "프라이머"는 본 발명에서 선발한 마이크로새틀라이트의 핵산서열을 특이적으로 증폭할 수 있는 올리고뉴클레오타이드 (oligonucle tide)를 의미한다. 본 발명에서는 본 발명에서 선발한 마이크로새틀라이트 마커의 핵산서열을 증폭할 수 있는 것이라면 당업자가 디자인할 수 있는 모든 프라이머가 본 발명의 프라이머 범위에 포함된다.
본 발명에서 사용된 용어 "PCR 반응 혼합물"은 DNA 폴리머라제 및 완충용액을 포함하여 PCR를 수행하기 위해 사용되는 분자생물학적 시약(molecular biological reagent)을 의미한다.
본 발명에서 사용된 용어 "브랜드육"이란 품질 및 위생·안전성을 보증할 수 있고, 사업주체가 명확하며, 상표등록이 되어 있는 돈육을 일컫는다.
본 발명의 돼지 개체의 식별방법은 돼지의 다형성 분석용 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머를 이용하여 멀티플렉스 PCR을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 돼지의 다형성 분석용 마커로는 SW240, S0005, SW911, SW857, SW936, S0090, S0155, SW72, SW24, SW951, S0026, SW632, S0301, SW122, S0225, SW769 및 SW787로 이루어진 군 중에서 선택된 13개 이상을 사용할 수 있다
가장 바람직하게는, 돼지의 다형성 분석용 마커로는 S0005, SW857, SW936, S00090, S0155, SW72, SW24, SW951, S0026, SW632, SW122, S0225 및 SW787로 이루 어진 13개의 마커를 사용할 수 있다.
또한, 돼지의 다형성 분석용 마커로는 성감별 마커 PIG_X 및 PIG_Y를 추가로 포함할 수 있다.
상기 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머로는 마이크로새틀라이트 DNA의 3' 및 5' 부위에 인접한 50 내지 300 bp 부위에 위치한 10 내지 50 bp의 연속된 각 폴리뉴클레오타이드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 특히 본 발명의 역방향 프라이머는 상기 마이크로새틀라이트 마커에 특이적이면서 5' 말단에 특정 서열이 추가된 것일 수 있다. 상기 역방향 프라이머의 5' 말단에 특정 서열의 추가는 스터터 밴드(stutter band)로 인한 증폭산물의 분석 오류를 제거함으로써 신속하고 효과적으로 돼지 개체를 식별할 수 있도록 해준다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 역방향 프라이머는 5' 말단에 GTTTCT 염기가 추가된 것일 수 있다.
본 발명자들은 돼지를 신속하고 효과적으로 식별할 수 있도록 하기 위해 다형성지수가 높은 마이크로새틀라이트 마커를 선발하였다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서는 17개의 돼지의 다형성 분석용 마이크로새틀라이트에 특이적인 프라이머를 각각 제조하고(실시예 2 참조), 이를 이용하여 돼지로부터 유래된 DNA 시료(실시예 1 참조)를 멀티플렉스 PCR에 의해 증폭한 다음(실시예 3 참조), 이들의 다형성 지수를 계산하였다(실시예 4 참조). 그 다음 17개의 마이크로새틀라이트 중 He 추정치를 근거로 하여 다형성지수가 높은 13개의 마이크로새틀라이트를 선발하였으며, 상기에서 선발한 마이크로새틀라이트에 성감별 마이크로새틀라이트를 추가하여 15개의 마이크로새틀라이트 마커를 이용하여 PCR 증폭을 수행하고 이들의 동일개체 출현확률 및 친자감별확률을 계산하였다(실시예 6 참조). 그 결과, 다형성지수가 높은 13개의 마이크로새틀라이트를 이용하여도 개체식별 및 친자감정이 가능한 추정치를 나타내였으므로 경제적인 면을 고려한다면 13개의 마이크로새틀라이트를 이용하는 것이 유용함을 알 수 있었다(표 4 참조).
따라서, 본 발명은 돼지의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머를 이용하여 멀티플렉스 PCR을 수행하는 것을 특징으로 하는 돼지 개체의 식별방법을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 돼지 개체의 식별방법은 (a) 분석하고자 하는 핵산 시료를 SW240, S0005, SW911, SW857, SW936, S0090, S0155, SW72, SW24, SW951, S0026, SW632, S0301, SW122, S0225, SW769 및 SW787로 이루어진 군 중에서 선택된 13개 이상의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머를 이용하여 멀티플렉스 PCR 증폭하는 단계; 및
(b) 상기 (a) 단계에서 증폭된 산물을 전기영동장치를 통해 검출하여 대립유전자를(allele) 검출하고 유전자형을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계에서 분석하고자 하는 핵산 시료는 생물학적 시료로부터 분리 될 수 있다. 상기 생물학적 시료로는 혈액 및 생물학적 기원의 기타 액상 샘플, 생검 표본, 모근, 조직 배양과 같은 고형 조직 샘플 또는 이로부터 유래된 세포 및 그 자손이 포함된다. 또한, 상기 샘플들은 시약처리, 가용화된 샘플 또는 배양세포, 세포 상등액 및 세포 용해물도 포함한다.
상술한 생물학적 시료로부터 핵산의 분리는 당업계에 공지된 방법에 따라 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 돼지의 혈액으로부터 게놈 DNA 추출 키트(Promega, USA)를 사용하여 게놈 DNA를 분리하여 사용하였다(실시예 1 참조).
상기 (a) 단계에서 마이크로새틀라이트 마커는 가장 바람직하게는, S0005, SW857, SW936, S00090, S0155, SW72, SW24, SW951, S0026, SW632, SW122, S0225 및 SW787로 이루어진 13개의 마커를 사용할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계의 마이크로새틀라이트 마커는 성감별 마커 PIG_X 및 PIG_Y를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 멀티플렉스 PCR의 경우 PCR 증폭시 여러 개의 프라이머가 사용되므로 각각의 프라이머가 증폭될 때 서로 간에 간섭이 발생하여 각각의 프라이머가 완전하게 아데노신을 합성할 수 없게 하여 완전한 스터터 밴드를 제거한 증폭산물을 획득하기가 어렵다. 이는 개체식별을 위한 유전자형의 결정이 단계에서 오류가 발생할 수 있으며, 이 단계에서 오류는 개체식별의 의미를 퇴색시키는 결과를 가져오게 된다. 이에 본 발명자들은 이러한 오류를 최소화하기 위해 상기 마이크로새틀라이 트 마커에 특이적인 프라이머 중 역방향 프라이머의 5' 말단에 GTTTCT 염기를 추가하였다.
따라서 바람직하게는 본 발명에서 사용되는 역방향 프라이머는 5' 말단에 GTTTCT 염기가 추가된 것일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 프라이머로는 서열번호 1 내지 서열번호 34로 표시되는 염기서열을 가진 것일 수 있다.
가장 바람직하게는, 본 발명의 프라이머로는 서열번호 3 및 4, 서열번호 7 및 8, 서열번호 9 및 10, 서열번호 11 및 12, 서열번호 13 및 14, 서열번호 15 및 16, 서열번호 17 및 18, 서열번호 19 및 20, 서열번호 21 및 22, 서열번호 23 및 24, 서열번호 27 및 28, 서열번호 29 및 30, 서열번호 33 및 34로 표시되는 염기서열로 이루어진 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 프라이머로는 서열번호 35 및 서열번호 36, 서열번호 37 및 서열번호 38로 표시되는 염기서열로 이루어진 프라이머를 추가로 포함할 수 있다.
상기 프라이머의 염기서열의 일부를 다른 염기로 치환, 삭제하거나 일부 염기서열의 위치와 방향이 바뀐 염기서열도 본 발명에 따른 프라이머의 범위에 속한다.
또한, 본 발명의 프라이머는 형광물질로 표지될 수 있다. 형광물질로는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, FAM, VIC, NED, PET 등이 있다.
상기 (a) 단계에서 멀티플렉스 PCR은 당업계에 공지된 방법에 따라 각 유전자를 증폭하기에 적합한 조건으로 수행될 수 있다. 바람직하게는 멀티플렉스 PCR 은 어닐링(Annealing) 온도, 증폭산물의 크기 등을 고려하여 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 DNA 6.6㎍, 각각의 프라이머 쌍 8.25㎕, Hot starte Taq DNA 중합효소 1.8 unit((주)바이오니아), 10×완충용액 1.5㎕, dNTP 1.5㎕의 조성에 증류수를 첨가하여 최종 부피를 15㎕로 하였으며, PCR 조건은 95℃에서 15분간 처리한 후 94℃에서 60초, 55℃에서 75초, 72℃에서 60초를 1 사이클로 하여 4회 반복하고, 94℃에서 60초, 54℃에서 75초, 72℃에서 60초를 1 사이클로 하여 4회 반복 후 94℃에서 60초, 53℃에서 75초, 72℃에서 60초를 1 사이클로 하여 24회 반복하고 65℃에서 30분간 신장(extension) 후 4℃에서 종료하였다.
(b) 단계에서 증폭된 PCR 산물의 크기 분석은 증폭된 산물을 자동 유전자 분석장비를 이용하여 분리하고, 각 좌위별 대립유전자(allele)의 크기를 분석함으로써 수행할 수 있다. 예를 들면, 증폭 산물의 크기는 통상의 방법, 예컨대 아가로즈 젤 또는 아크릴아마이드 젤을 이용한 전기영동으로 실시한 후, 전개된 DNA 단편을 형광 염색 등을 통하여 확인가능하다. 바람직하게는, 염기서열분석장치(Applied Biosystems사)에 대립유전자분석 모드를 이용하여 전기영동을 실시해 프라이머의 형광물질 및 PCR 산물의 크기별로 분류하는 방법을 통하여 확인할 수 있다. 상기 단계에서의 PCR 산물의 크기 분석 방법은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 모두 실시가능하며, 상기 일예로 설명한 방법이외 통상의 모든 방법을 포함할 수 있다.
다른 관점으로서, 본 발명은 돼지의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머를 포함하는 돼지 개체 식별용 키트를 제공한다. 상기 본 발명에 따른 키트는 돼지의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머 및 PCR 반응 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 키트는 프라이머, dNTP, Taq DNA 폴리머라아제 등으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머는 역방향 프라이머의 5' 말단에 GTTTCT 염기가 추가된 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 돼지의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머 서열을 제공한다. 바람직하게는, 본 발명의 프라이머 서열은 상기 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 역방향 프라이머의 5' 말단에 GTTTCT 염기가 추가된 것이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 프라이머 서열은 SW240, S0005, SW911, SW857, SW936, S0090, S0155, SW72, SW24, SW951, S0026, SW632, S0301, SW122, S0225, SW769 및 SW787로 이루어진 군 중에서 선택된 마이크로새틀라이트 마커에 특이적이며 5'말단에 GTTCT 염기가 추가된 것일 수 있다. 가장 바람직하게는 본 발명의 프라이머 서열은 서열번호 2, 서열번호 4, 서열번호 6, 서열번호 8, 서열번호 10, 서열번호 12, 서열번호 14, 서열번호 16, 서열번호 18, 서열번호 20, 서열번호 22, 서열번호 24, 서열번호 26, 서열번호 28, 서열번호 30, 서열번호 32 및 서열번호 34로 이루어진 군 중에서 선택되는 염기서열로 이루어진 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 돼지의 성감별 마커 PIG_X 및 PIG_Y에 특이적인 프라이머 서열을 제공한다. 바람직하게는 상기 프라이머 서열은 서열번호 35 내지 서열번호 38로 이루어진 군 중에서 선택되는 염기서열로 이루어진 것일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 돼지 개체 식별 방법 및 키트는 브랜드육 유통 감시에 적용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 본 발명에서 선발한 13종의 마이크로새틀라이트 마커에 특이적인 프라이머쌍을 이용하여 실제로 출하되고 있는 브랜드육의 대립유전자형을 분석하고 친자감별을 실시한 결과, 100% 부모를 찾을 수 있는 결과를 나타었다(표 5 참조).
따라서, 본 발명은 (a) 부돈 및 모돈의 DNA의 대립유전자형을 분석하고 이를 데이터베이스로 구축하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 부돈 및 모돈으로부터 계통출하된 자돈의 DNA를 소비단계에서 샘플링하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 수득한 자돈의 DNA 대립유전자형을 분석하는 단계;
(d) 상기 (a) 단계의 부돈 및 모돈의 DNA 데이터베이스와 상기 (b) 단계의 자돈의 대립유전자형을 기초로 하여 친자감별을 수행하는 단계를 포함하는 브랜드육의 식별방법을 제공한다. 이에 대한 흐름도는 도 2에 나타낸 바와 같다.
상기 (a) 및 (c) 단계에서 대립유전자형의 분석은 본 발명에 따른 돼지 개체 식별용 키트를 이용하여 멀티플렉스 PCR을 수행하고 수득된 PCR 산물을 염기서열분 석장치(Applied Biosystems사)에서 대립유전자분석 모드를 이용하여 전기영동을 실시하여 프라이머의 형광물질 및 PCR 산물의 크기별로 분류하는 방법으로 수행할 수 있다. 측정된 대립유전자형에 대한 정보 및 부돈 및 모돈에 대한 정보는 데이터베이스화한다.
상기 (b) 단계에서 출하된 자돈의 DNA 샘플링은 유통업체를 통한 판매, 식당판매 및 정육점 판매 등의 유통망을 통한 소비 단계에서 소비자가 브랜드육 관리자에서 의뢰함으로써 수행될 수 있다. DNA 샘플링 방법은 식당이나 정육점에서 판매되는 고기를 구입한 소비자가 의뢰를 하거나 브랜드육 관리자가 판매점의 판매처에서 샘플링하여 분석기관 등에 샘플링한 조직을 의뢰하면 당업계에 공지된 방법을 사용하여 DNA를 추출 할 수 있다. 예를 들면 이에 한정되지는 않으나 SPK 버퍼(27% sucrose, 1x SSC, 1mM EDTA, 1% SDS, add ddH2O) 2ml에 조직 2g을 첨가한 후 균질화기(homogenizer)를 이용하여 조직을 잘게 분쇄하고 37℃ 배양기에 하룻밤(overnight) 동안 처리한다(최초 2시간동안 30분 간격으로 인버팅). 상기 용액에 RNase(10mg/ml) 2ul 첨가 후 37℃에서 2시간 동안 배양하고, 이후 ProteinaseK(25mg/ml) 5ul 첨가 후 37℃에서 2시간 동안 배양시킨다. 배양된 용액을 상온에 꺼내어 식힌 후 배양된 용액의 2배의 페놀(25 : 24: 1 = phenol : Chloroform: Isoamyl Alcohol)을 첨가하고, 두 층이 잘 섞이도록 교반시킨 후 13,000rpm에서 15분간 원심분리 한다. 원심분리 후 분리된 두 층에서 상층액 만을 취하여 새로운 용기로 옮기고, 새로운 용기로 옮긴 시료의 양과 동일한 양의 에탄올(100%)을 첨가한 후 13,000rpm에서 5분간 원심분리 한다. 원심분리 후 에탄 올(100%)을 제거하고, 새로운 에탄올(70%)을 첨가하여 침전된 DNA를 세척한 다음 에탄올(70%)을 조심스럽게 제거하고 상온에서 에탄올이 없어질 때까지 건조시킨 후 TE 버퍼(pH 8.0)에 DNA를 녹이는 방법으로 샘플링한 시료로부터 DNA시료를 채취할 수 있다.
상기 (d) 단계에서 친자감별은 당업계에 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들면 이에 한정되지는 않으나 부모돈들의 대립유전자형의 정보가 저장되어 있는 데이터베이스의 자료와 친자감별 대상 샘플(자돈으로 생각되는 개체)의 대립유전자형을 일반적인 친자감별 프로그램(예, PAPA 2.0, GeneClass 2)에 적용하여 부모들의 대립유전자형 중 비교대상개체의 대립유전자형과 가장 높은 동일성을 가진 부모돈을 찾는 방법에 의해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 (a) 생산단계에서 계통출하돈의 DNA 대립유전자형을 분석하고 이를 데이터베이스로 구축하는 단계;
(b) 도축단계, 유통단계 및 소비단계로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 단계에서 자돈의 DNA를 샘플링하여 대립유전자형을 분석하는 단계; 및
(c) 상기 (a) 단계의 계통출하돈의 DNA 대립유전자형과 상기 (b) 단계의 자돈의 DNA 대립유전자형을 비교하여 동일성여부를 검증하는 단계를 포함하는 브랜드육의 식별방법을 제공한다. 이에 대한 흐름도는 도 3에 나타낸 바와 같다.
상기 (a) 단계는 농가에서 출하전에 돼지의 모근 및 조직으로부터 DNA를 채 취하여 대립유전자형을 분석하는 단계이다. DNA의 채취는 당업계에 공지된 방법을 사용할 수 있다.
상기 (a) 및 (b) 단계에서 대립유전자형의 분석은 본 발명에 따른 돼지 개체 식별용 키트를 이용하여 멀티플렉스 PCR을 수행하고 수득된 PCR 산물을 염기서열분석장치(Applied Biosystems사)에서 대립유전자분석 모드를 이용하여 전기영동을 실시해 프라이머의 형광물질 및 PCR 산물의 크기별로 분류하는 방법으로 수행할 수 있다. 측정된 대립유전자형에 대한 정보와 생산정보 등은 데이터베이스화한다.
상기 (b) 단계는 도축장에서 출하된 돼지의 혈액 및 조직을 이용하여 DNA 검사를 수행하고 DNA 검사 결과 및 도축정보를 데이터베이스화한다.
또한, 유통가공업체 및 매장을 통한 유통단계에서 돈육을 샘플링하여 DNA 검사를 수행하고 DNA 검사 결과 및 유통정보를 데이터베이스화한다.
또한, 식당 및 가정을 통한 소비단계에서 소비자 또는 유통단속기간 등의 의뢰를 통해 돈육을 샘플링하여 DNA 검사를 수행하고 DNA 검사 결과 및 소비정보를 데이터베이스화한다.
상기 (c) 단계는 상기 (a) 단계에서 수집한 DNA 정보 및 생산정보와 상기 (b) 단계에서 수집한 정보를 비교하고 동일성을 검증한다.
본 발명에 따른 돈육의 식별 방법은 부정육 유통을 근절시킬 수 있고 유통업자들의 부정행위를 사전에 방지할 수 있는 장점이 있다.