KR102139646B1 - 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법 - Google Patents

동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 애완동물의 모든 품종의 표준게놈지도를 자의적으로 미리 정의하여 만들고, 피검사동물의 유전자 정보를 각 품종표준게놈지도와 비교하여 피검동물의 조상분석을 수행하며, 지정된 표준게놈지도와 피검동물에 대하여 보유한 유전자 변이를 비교하여 그 상대적인 유사도를 종합적으로 계산해 하나의 종 내에서 확정된 품종들의 표준과의 유사성을 계산하여 제공하는데 있다.
일례로, 각 표준품종이 확인된 동물개체에 대한 품종 별 대표샘플을 선정하거나, 품종이 불분명한 각 동물개체에 대한 유전자 정보를 해독 및 생성하여 품종 별 대표샘플을 선정하고, 선정된 대표샘플을 대상으로 동물개체에 대한 품종표준게놈지도를 구축하여 저장하는 품종표준게놈지도 구축부; 피검사동물로부터 채취된 검체로부터 유전자를 추출하고, 전장게놈해독 및 유전자 칩을 이용한 유전형 정보를 생성하는 유전형 정보 생성부; 상기 유전형 정보에 대한 상기 품종표준게놈지도의 맵핑 및 서열 비교를 실행하여 유전자 변이를 추출하는 유전자 변이 추출부; 상기 유전자 변이 추출부를 통해 추출된 피검사동물의 유전자 변이의 수와 상기 유전자 변이 추출부의 서열 비교를 통한 DNA 서열 맵핑율을 파악하여 상기 품종표준게놈지도에 기초한 각 품종 별 유전자 유사도를 측정하는 유전자 유사도 측정부; 및 상기 품종 별 유전자 유사도에 기초하여 상기 품종표준게놈지도의 각 표준품종에 대한 순위를 책정하고, 책정된 가장 높은 순위의 표준품종을 피검사동물의 조상품종으로 판단하는 동물개체 조상품종 판단부를 포함하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템을 개시한다.

Description

동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR PROVIDING GENETIC BREED INFORMATION USING STANDARD GENOME MAP BY BREEDS OF ANIMALS AND METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
2004년 세계 최초의 개의 표준게놈지도(dog reference genome) 초안이 발표된 이후로, 현재까지 매우 다양한 애완동물(개, 고양이 등)의 게놈들이 해독되고 게놈지도가 만들어졌다.
개와 같은 애완동물은 하나의 종 내에서도 360개의 품종으로 나뉘어져 있다. 그리고, 그 품종들끼리도 수많은 교잡을 통해서, 개개의 애완동물은 매우 복잡한 조상을 가질 수 있다.
이런 애완동물의 조상을 정확히 아는 것은 그 동물의 질병 및 품종으로서의 가치 등에 영향을 줄 수 있다. 애완동물의 조상분석(혼혈분석) 서비스는 피검 동물의 유전정보를 해독(sequencing) 혹은 검형(genotype)을 통해 유전적으로 어떤 품종인지, 어떤 다른 품종과 유전적 유사성이 있는지를 해주는 서비스가 일부 나라에서 상용화되어 있다.
피검동물의 유전정보는 보통 다형성(polymorphism)이라고 불리는 공통되는 유전자 마커를 활용하고, 이것들이 변화(변이)의 정보를 이용하여, 그 차이에 기반한 각 품종과 개체의 유전적 거리를 유추해 어떠한 조상들이 있었는지를 설명할 수 있다.
그러나, 이런 방식은 매우 유동적이고, 일관성 없이 바뀌거나, 특히 혼혈일 경우, 정확하게 어떤 품종들의 어떤 구성인지를 명확히 밝히지 못하는 한계가 있다.
등록특허공보 제10-1700622호(등록일자: 2017년01월23일)
본 발명의 실시예는, 동물(특히 애완동물)의 모든 품종의 표준게놈지도를 자의적으로 미리 정의하여 만들고, 피검사동물의 유전자 정보를 각 품종표준게놈지도와 비교하여 피검동물의 조상분석을 수행하며, 지정된 표준게놈지도와 피검동물에 대하여 보유한 유전자 변이를 비교하여 그 상대적인 유사도를 종합적으로 계산해 하나의 종 내에서 확정된 품종들의 표준과의 유사성을 계산하여 제공하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템은, 각 표준품종이 확인된 동물개체에 대한 품종 별 대표샘플을 선정하거나, 품종이 불분명한 각 동물개체에 대한 유전자 정보를 해독 및 생성하여 품종 별 대표샘플을 선정하고, 선정된 대표샘플을 대상으로 동물개체에 대한 품종표준게놈지도를 구축하여 저장하는 품종표준게놈지도 구축부; 피검사동물로부터 채취된 검체로부터 유전자를 추출하고, 전장게놈해독 및 유전자 칩을 이용한 유전형 정보를 생성하는 유전형 정보 생성부; 상기 유전형 정보에 대한 상기 품종표준게놈지도의 맵핑 및 서열 비교를 실행하여 유전자 변이를 추출하는 유전자 변이 추출부; 상기 유전자 변이 추출부를 통해 추출된 피검사동물의 유전자 변이의 수와 상기 유전자 변이 추출부의 서열 비교를 통한 DNA 서열 맵핑율을 파악하여 상기 품종표준게놈지도에 기초한 각 품종 별 유전자 유사도를 측정하는 유전자 유사도 측정부; 및 상기 품종 별 유전자 유사도에 기초하여 상기 품종표준게놈지도의 각 표준품종에 대한 순위를 책정하고, 책정된 가장 높은 순위의 표준품종을 피검사동물의 조상품종으로 판단하는 동물개체 조상품종 판단부를 포함한다.
또한, 상기 유전자 유사도 측정부는, 상기 품종표준게놈지도에 포함된 동물개체에 대한 표준품종 수만큼의 비교 측정치를 생성하고, 생성된 상기 비교 측정치에 따라 상기 품종표준게놈지도와 비교하여 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율을 파악할 수 있다.
또한, 상기 유전자 유사도 측정부는, 상기 유전자 변이의 경우, 단염기다형성(single nucleotide polymorphism: SNP), 삽입결실(indel), 복제수변이(copy-number　variation: CNV), DNA구조적변이(Single Variant: SV), 짧은연쇄반복(Short tandem repeat: STR)을 포함하는 유전자 변이에 대하여 미리 설정된 가중치를 각각 부여하여 전체 유전자 변이의 수를 보정하고, 전체 유전자 변이의 수가 보정된 값에 기초하여 상기 품종표준게놈지도 각각에 대한 유사도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 유전자 유사도 측정부를 통해 파악된 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율에 기초하여 피검사동물을 구성하는 품종들 간의 상대적 비율인 품종 구성 비율을 산출하여 제공하는 동물개체 조상품종 구성정보 제공부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 품종표준게놈지도 구축부는, 현생 동물개체와 멸종된 고대 동물개체를 대상으로 품종 별 대표샘플을 상기 품종표준게놈지도의 구축에 적용하고, 상기 동물개체 유사품종 구성정보 제공부는, 상기 품종 구성 비율을 현생 동물개체와 고대 동물개체로 구분하여 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 방법은, 품종표준게놈지도 구축부가, 각 표준품종이 확인된 동물개체에 대한 품종 별 대표샘플을 선정하거나, 품종이 불분명한 각 동물개체에 대한 유전자 정보를 해독 및 생성하여 품종 별 대표샘플을 선정하고, 선정된 대표샘플을 대상으로 동물개체에 대한 품종표준게놈지도를 구축하여 저장하는 품종표준게놈지도 구축 단계; 유전형 정보 생성부가, 피검사동물로부터 채취된 검체로부터 유전자를 추출하고, 전장게놈해독 및 유전자 칩을 이용한 유전형 정보를 생성하는 유전형 정보 생성 단계; 유전자 변이 추출부가, 상기 유전형 정보에 대한 상기 품종표준게놈지도의 맵핑 및 서열 비교를 실행하여 유전자 변이를 추출하는 유전자 변이 추출 단계; 유전자 유사도 측정부가, 상기 유전자 변이 추출 단계를 통해 추출된 피검사동물의 유전자 변이의 수와 상기 유전자 변이 추출 단계의 서열 비교를 통한 DNA 서열 맵핑율을 파악하여 상기 품종표준게놈지도에 기초한 각 품종 별 유전자 유사도를 측정하는 유전자 유사도 측정 단계; 및 동물개체 조상품종 판단부가, 상기 품종 별 유전자 유사도에 기초하여 상기 품종표준게놈지도의 각 표준품종에 대한 순위를 책정하고, 책정된 가장 높은 순위의 표준품종을 피검사동물의 조상품종으로 판단하는 동물개체 조상품종 판단 단계를 포함한다.
또한, 상기 유전자 유사도 측정 단계는, 상기 품종표준게놈지도에 포함된 동물개체에 대한 표준품종 수만큼의 비교 측정치를 생성하고, 생성된 상기 비교 측정치에 따라 상기 품종표준게놈지도와 비교하여 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율을 파악할 수 있다.
또한, 상기 유전자 유사도 측정 단계는, 상기 유전자 변이의 경우, 단염기다형성(single nucleotide polymorphism: SNP), 삽입결실(indel), 복제수변이(copy-number　variation: CNV), DNA구조적변이(Single Variant: SV), 짧은연쇄반복(Short tandem repeat: STR)을 포함하는 유전자 변이에 대하여 미리 설정된 가중치를 각각 부여하여 전체 유전자 변이의 수를 보정하고, 전체 유전자 변이의 수가 보정된 값에 기초하여 상기 품종표준게놈지도 각각에 대한 유사도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 유전자 유사도 측정부를 통해 파악된 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율에 기초하여 피검사동물을 구성하는 품종들 간의 상대적 비율인 품종 구성 비율을 산출하여 제공하는 동물개체 조상품종 구성정보 제공 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 품종표준게놈지도 구축 단계는, 현생 동물개체와 멸종된 고대 동물개체를 대상으로 품종 별 대표샘플을 상기 품종표준게놈지도의 구축에 적용하고, 상기 동물개체 유사품종 구성정보 제공 단계는, 상기 품종 구성 비율을 현생 동물개체와 고대 동물개체로 구분하여 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 동물(특히 애완동물)의 모든 품종의 표준게놈지도를 자의적으로 미리 정의하여 만들고, 피검사동물의 유전자 정보를 각 품종표준게놈지도와 비교하여 피검동물의 조상분석을 수행하며, 지정된 표준게놈지도와 피검동물에 대하여 보유한 유전자 변이를 비교하여 그 상대적인 유사도를 종합적으로 계산해 하나의 종 내에서 확정된 품종들의 표준과의 유사성을 계산하여 제공하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전적 품종 정보 제공 시스템의 전체 구성 관계를 설명하기 위해 나타낸 개요도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전적 품종 정보 제공 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 기존의 피검사동물에 대한 유전자 유사도 비교 방식을 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전자 유사도 측정을 통한 동물개체의 조상품종 판단 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동물개체 조상품종 구성정보를 제공 형태를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전적 품종 정보 제공 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전적 품종 정보 제공 시스템의 전체 구성 관계를 설명하기 위해 나타낸 개요도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전적 품종 정보 제공 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 기존의 피검사동물에 대한 유전자 유사도 비교 방식을 나타낸 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전자 유사도 측정을 통한 동물개체의 조상품종 판단 방식을 설명하기 위해 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 동물개체 조상품종 구성정보를 제공 형태를 예시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 애완동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템(100)은 품종표준게놈지도 구축부(110), 유전형 정보 생성부(120), 유전자 변이 추출부(130), 유전자 유사도 측정부(140), 동물개체 조상품종 판단부(150) 및 동물개체 조상품종 구성정보 제공부(160)를 포함한다.
상기 품종표준게놈지도 구축부(110)는, 각 표준품종이 확인된 동물개체에 대한 품종 별 대표샘플을 선정하거나, 품종이 불분명한 각 동물개체에 대한 유전자 정보를 해독 및 생성하여 품종 별 대표샘플을 선정하고, 선정된 대표샘플을 대상으로 동물개체에 대한 품종표준게놈지도를 구축하여 저장할 수 있다.
하나의 애완동물에 대한 종 내의 다양한 품종 별 표준게놈지도(breed reference genome)를 구축하기 위하여, 각 품종을 대표할 수 있는 애완동물의 샘플(시료)은 품종확인이 된 동물개체를 활용하거나, 그런 것이 불분명할 경우 해당 동물개체들의 유전정보를 해독 및 생산하여 MDS(multiple dimensional scaling) 및 PCA(principal component analysis) 분석 등 본 실시예의 기술분야에 알려진 방법을 통해 대표샘플을 선정할 수 있다. 이때, 대표샘플은 하나의 동물개체에서 다수가(예를 들어 10 마리 혹은 100마리)될 수가 있다.
또한, 각 품종 별로 선정된 대표샘플을 대상으로 다양한 해독방법(sequencing) 및 whole genome mapping 방법 등을 활용하여 품종표준게놈지도(breed reference genome)를 구축한다. 종래에 공개된 한 개만의 표준게놈 방법 및 공동서열을 포함한 참조표준 게놈지도 구축 장치 및 방법 등의 컨센서스(consensus) 방법이 활용될 수 있으나, 게놈지도를 구축하기 위해 DNA 서열을 해독하고 조립하는 방법은 이러한 방법에 의해 한정하지 않는다. 즉, 신해독(de novo) 방법뿐만 아니라, 재해독(re-sequencing)을 통한 인간 참조표준 맵핑방법에 의한 표준도 그 품종의 대표가 될 수 있다.
상기 유전형 정보 생성부(120)는, 피검사동물로부터 채취된 검체로부터 유전자를 추출하고, 전장게놈해독 및 유전자 칩을 이용한 유전형 정보를 생성할 수 있다.
이러한 유전형 정보 생성부(120)는, 개개의 동물의 품종과 조상, 혼혈분석을 수행하려는 피검동물을 대상으로 채취한 시료(혈액, 타액, 구강상피세포 등)에서 DNA를 추출하고, 전장게놈해독 및 DNA 칩 방식 등을 이용한 검형 단계를 수행하여 유전형 정보를 생산할 수 있다. 이때, 해독 및 유전형 생산방식은 상용화된 다양한 플랫폼이 활용될 수 있으며 특정 실험방법 및 플랫폼을 한정시키지 않는다.
상기 유전자 변이 추출부(130)는, 유전형 정보를 품종표준게놈지도에 맵핑 및 서열 비교를 실행하여 유전자 변이(variants)를 추출할 수 있다. 즉, 유전자 변이 추출부(130)는, 피검사동물의 유전자 정보(DNA 서열)를 각 품종 별 표준게놈지도에 맵핑(mapping) 및 DNA 서열 비교를 수행하여 피검사동물에 대한 유전자 변이를 추출할 수 있다.
상기 유전자 유사도 측정부(140)는, 유전자 변이 추출부(130)를 통해 추출된 피검사동물의 유전자 변이의 수와 유전자 변이 추출부(130)의 서열 비교를 통한 DNA 서열 맵핑율(sequence mapping rate)을 파악하여 품종표준게놈지도에 기초한 각 품종 별 유전자 유사도를 측정할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 유전자 유사도 측정부(140)는, 품종표준게놈지도에 포함된 동물개체에 대한 표준품종 수만큼의 비교 측정치를 생성(예를 들어, 360개의 표준품종을 쓰면, 360개의 비교 측정치가 생성됨)하고, 생성된 비교 측정치에 따라 품종표준게놈지도와 비교하여 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율을 파악할 수 있다.
또한, 유전자 유사도 측정부(140)는, 유전자 변이의 경우, 단염기다형성(single nucleotide polymorphism: SNP), 삽입결실(indel), 복제수변이(copy-number　variation: CNV), DNA구조적변이(Single Variant: SV), 짧은연쇄반복(Short tandem repeat: STR)을 포함하는 유전자 변이에 대하여 미리 설정된 가중치(weighting)를 각각 부여하여 전체 유전자 변이의 수를 보정하고, 전체 유전자 변이의 수가 보정된 값에 기초하여 품종표준게놈지도 각각에 대한 유사도를 측정할 수 있다.
예를 들어, DNA구조적변이(Single Variant: SV) 정보가 있을 경우, 그것의 존재 여부와 그에 대하여 미리 설정된 가중치를 부여하여 적절히 변이의 양으로 단염기다형성 정보에 추가할 수 있으며, 이에 따라 전체 변이수를 보정할 수 있다. 이때, 여러 개의 품종 별 표준게놈지도 대비 피검동물에서 동시에 발견되는 변이는 해당 품종의 공통적인 유전적 특성이며, 특정 품종 표준게놈지도 대비 발견된 변이는 해당 품종의 고유한 유전적 특성이라고 간주할 수 있다. 이러한 정보를 통합 분석하여 피검동물의 유전적 구성이 어떠한지 즉, 어느 품종과 얼마만큼 유사한지를 측정할 수 있다.
상기 동물개체 조상품종 판단부(150)는, 품종 별 유전자 유사도에 기초하여 품종표준게놈지도의 각 표준품종에 대한 순위를 책정하고, 책정된 가장 높은 순위의 표준품종을 피검사동물의 조상품종으로 판단할 수 있다.
이러한 동물개체 조상품종 판단부(150)는, 도 4에 도시된 기존의 비교 방식과 달리 도 5에 도시된 바와 같이 품종표준게놈지도 구축부(110)를 통해 구축된 품종표준게놈지도 즉 품종 별 표준게놈지도에 대하여 비교 대상이 되는 모든 동물개체에서 유전형이 확인되는 영역의 변이를 피검사동물과 비교함으로써, 표준게놈지도의 구축 시 사용된 데이터의 생산 방법에 의해 편향될 수 있는 변이를 배제하고, 피검사동물의 해독만으로 비교 가능한 영역을 최대한 활용할 수 있으며, 비교하려는 전체 집단에 대한 불필요한 재해독 비용을 방지할 수 있다.
예를 들어, 한 품종에 속한다고 생각하는 한 애완동물의 게놈을 해독하거나, 유전자 칩으로 검사하여, 그 동물의 유전자 변이를 확보할 수 있는데, 이때 유전자 변이는 그 애완동물 종의 품종 표준게놈을 이용할 수 있다. 이때, 추출된 변이들을 가지고, 360개의 품종 별 표준게놈이 있다면, 그것과 각각의 변이의 유사성을 측정하게 되고, 이에 따라 360개의 품종에 대한 순위가 생기며, 가장 높은 순위가 그 개체의 품종이고, 조상이라고 간주하여 대표조상품종으로서 판단할 수 있다.
상기 동물개체 조상품종 구성정보 제공부(160)는, 유전자 유사도 측정부(140)를 통해 파악된 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율에 기초하여 피검사동물을 구성하는 품종들 간의 상대적 비율인 품종 구성 비율을 산출하여 제공할 수 있다.
이러한 동물개체 조상품종 구성정보 제공부(160)는, 동물개체 조상품종 판단부(150)를 통한 순위와 더불어, 유사도의 수치적 정보를 기반으로 피검사동물이 구성하는 서로 다른 품종들이 상대적으로 어느 정도의 구성 비로 이루어졌는지를 산출하여 제공할 수 있다. 각각의 품종에 대한 유사도의 수치들의 합을 평균화하여 각 동물개체의 유사성을 360개의 다른 모든 표준들과 비교하여 해당 피검사동물의 개체에 속하는 모든 다른 품종의 구성 비율을 구할 수 있다.
이와 같이, 각 피검동물의 유전자 변이의 양을 모든 다른 품종들의 표준게놈지도들과의 상호 유전적 거리를 비교하고 계산함으로써 각 개개 애완동물이 어떠한 다른 품종들로 구성되어 있는지를 구성 비라는 유전적 유사성의 수치로 제공할 수 있다.
한편, 품종표준게놈지도 구축부(110)는, 현생 동물개체와 멸종된 고대 동물개체를 대상으로 품종 별 대표샘플을 품종표준게놈지도의 구축에 적용할 수 있다. 이러한 멸종된 고대 동물개체는, 현재 발견된 멸종동물의 사체로부터 채취된 샘플을 이용하여 해당 고대 동물개체에 대한 게놈정보를 수집하고, 수집된 게놈정보를 해당 개체의 품종표준게놈지도의 구축에 적용할 수 있다.
이에 따라, 동물개체 유사품종 구성정보 제공부(160)는, 산출할 품종 구성 비율을 현생 동물개체와 고대 동물개체로 구분하여 제공할 수 있다. 이와 같이, 비교 대상이 되는 표준게놈의 종류는 현생 품종뿐만 아니라, 멸종된 고대 동물(예: 고대의 개, 늑대 등)의 다양한 표준게놈에 적용함으로써, 현존 애완동물 품종 또는 고대의 동물품종에 대한 구성 비율 등 알고자 하는 표준에 따른 피검동물의 유사성 값을 도출하는데 응용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전적 품종 정보 제공 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 애완동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 방법(S100)은 품종표준게놈지도 구축 단계(S110), 유전형 정보 생성 단계(S120), 유전자 변이 추출 단계(S130), 유전자 유사도 측정 단계(S140), 동물개체 조상품종 판단 단계(S150) 및 동물개체 조상품종 구성정보 제공 단계(S160)를 포함한다.
상기 품종표준게놈지도 구축 단계(S110)는, 각 표준품종이 확인된 동물개체에 대한 품종 별 대표샘플을 선정하거나, 품종이 불분명한 각 동물개체에 대한 유전자 정보를 해독 및 생성하여 품종 별 대표샘플을 선정하고, 선정된 대표샘플을 대상으로 동물개체에 대한 품종표준게놈지도를 구축하여 저장할 수 있다.
하나의 애완동물에 대한 종 내의 다양한 품종 별 표준게놈지도(breed reference genome)를 구축하기 위하여, 각 품종을 대표할 수 있는 애완동물의 샘플(시료)은 품종확인이 된 동물개체를 활용하거나, 그런 것이 불분명할 경우 해당 동물개체들의 유전정보를 해독 및 생산하여 MDS(multiple dimensional scaling) 및 PCA(principal component analysis) 분석 등 본 실시예의 기술분야에 알려진 방법을 통해 대표샘플을 선정할 수 있다. 이때, 대표샘플은 하나의 동물개체에서 다수가(예를 들어 10 마리 혹은 100마리)될 수가 있다.
또한, 각 품종 별로 선정된 대표샘플을 대상으로 다양한 해독방법(sequencing) 및 whole genome mapping 방법 등을 활용하여 품종표준게놈지도(breed reference genome)를 구축한다. 종래에 공개된 한 개만의 표준게놈 방법 및 공동서열을 포함한 참조표준 게놈지도 구축 장치 및 방법 등의 컨센서스(consensus) 방법이 활용될 수 있으나, 게놈지도를 구축하기 위해 DNA 서열을 해독하고 조립하는 방법은 이러한 방법에 의해 한정하지 않는다. 즉, 신해독(de novo) 방법뿐만 아니라, 재해독(re-sequencing)을 통한 인간 참조표준 맵핑방법에 의한 표준도 그 품종의 대표가 될 수 있다.
상기 유전형 정보 생성 단계(S120)는, 피검사동물로부터 채취된 검체로부터 유전자를 추출하고, 전장게놈해독 및 유전자 칩을 이용한 유전형 정보를 생성할 수 있다.
이러한 유전형 정보 생성 단계(S120)는, 개개의 동물의 품종과 조상, 혼혈분석을 수행하려는 피검동물을 대상으로 채취한 시료(혈액, 타액, 구강상피세포 등)에서 DNA를 추출하고, 전장게놈해독 및 DNA 칩 방식 등을 이용한 검형 단계를 수행하여 유전형 정보를 생산할 수 있다. 이때, 해독 및 유전형 생산방식은 상용화된 다양한 플랫폼이 활용될 수 있으며 특정 실험방법 및 플랫폼을 한정시키지 않는다.
상기 유전자 변이 추출 단계(S130)는, 유전형 정보를 품종표준게놈지도에 맵핑 및 서열 비교를 실행하여 유전자 변이(variants)를 추출할 수 있다. 즉, 유전자 변이 추출 단계(S130)는, 피검사동물의 유전자 정보(DNA 서열)를 각 품종 별 표준게놈지도에 맵핑(mapping) 및 DNA 서열 비교를 수행하여 피검사동물에 대한 유전자 변이를 추출할 수 있다.
상기 유전자 유사도 측정 단계(S140)는, 유전자 변이 추출 단계(S130)를 통해 추출된 피검사동물의 유전자 변이의 수와 유전자 변이 추출 단계(S130)의 서열 비교를 통한 DNA 서열 맵핑율(sequence mapping rate)을 파악하여 품종표준게놈지도에 기초한 각 품종 별 유전자 유사도를 측정할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 유전자 유사도 측정 단계(S140)는, 품종표준게놈지도에 포함된 동물개체에 대한 표준품종 수만큼의 비교 측정치를 생성(예를 들어, 360개의 표준품종을 쓰면, 360개의 비교 측정치가 생성됨)하고, 생성된 비교 측정치에 따라 품종표준게놈지도와 비교하여 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율을 파악할 수 있다.
또한, 유전자 유사도 측정 단계(S140)는, 유전자 변이의 경우, 단염기다형성(single nucleotide polymorphism: SNP), 삽입결실(indel), 복제수변이(copy-number　variation: CNV), DNA구조적변이(Single Variant: SV), 짧은연쇄반복(Short tandem repeat: STR)을 포함하는 유전자 변이에 대하여 미리 설정된 가중치(weighting)를 각각 부여하여 전체 유전자 변이의 수를 보정하고, 전체 유전자 변이의 수가 보정된 값에 기초하여 품종표준게놈지도 각각에 대한 유사도를 측정할 수 있다.
예를 들어, DNA구조적변이(Single Variant: SV) 정보가 있을 경우, 그것의 존재 여부와 그에 대하여 미리 설정된 가중치를 부여하여 적절히 변이의 양으로 단염기다형성 정보에 추가할 수 있으며, 이에 따라 전체 변이수를 보정할 수 있다. 이때, 여러 개의 품종 별 표준게놈지도 대비 피검동물에서 동시에 발견되는 변이는 해당 품종의 공통적인 유전적 특성이며, 특정 품종 표준게놈지도 대비 발견된 변이는 해당 품종의 고유한 유전적 특성이라고 간주할 수 있다. 이러한 정보를 통합 분석하여 피검동물의 유전적 구성이 어떠한지 즉, 어느 품종과 얼마만큼 유사한지를 측정할 수 있다.
상기 동물개체 조상품종 판단 단계(S150)는, 품종 별 유전자 유사도에 기초하여 품종표준게놈지도의 각 표준품종에 대한 순위를 책정하고, 책정된 가장 높은 순위의 표준품종을 피검사동물의 조상품종으로 판단할 수 있다.
이러한 동물개체 조상품종 판단 단계(S150)는, 도 4에 도시된 기존의 비교 방식과 달리 도 5에 도시된 바와 같이 품종표준게놈지도 구축 단계(S110)를 통해 구축된 품종표준게놈지도 즉 품종 별 표준게놈지도에 대하여 비교 대상이 되는 모든 동물개체에서 유전형이 확인되는 영역의 변이를 피검사동물과 비교함으로써, 표준게놈지도의 구축 시 사용된 데이터의 생산 방법에 의해 편향될 수 있는 변이를 배제하고, 피검사동물의 해독만으로 비교 가능한 영역을 최대한 활용할 수 있으며, 비교하려는 전체 집단에 대한 불필요한 재해독 비용을 방지할 수 있다.
예를 들어, 한 품종에 속한다고 생각하는 한 애완동물의 게놈을 해독하거나, 유전자 칩으로 검사하여, 그 동물의 유전자 변이를 확보할 수 있는데, 이때 유전자 변이는 그 애완동물 종의 품종 표준게놈을 이용할 수 있다. 이때, 추출된 변이들을 가지고, 360개의 품종 별 표준게놈이 있다면, 그것과 각각의 변이의 유사성을 측정하게 되고, 이에 따라 360개의 품종에 대한 순위가 생기며, 가장 높은 순위가 그 개체의 품종이고, 조상이라고 간주하여 대표조상품종으로서 판단할 수 있다.
상기 동물개체 조상품종 구성정보 제공 단계(S160)는, 유전자 유사도 측정 단계(S140)를 통해 파악된 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율에 기초하여 피검사동물을 구성하는 품종들 간의 상대적 비율인 품종 구성 비율을 산출하여 제공할 수 있다.
이러한 동물개체 조상품종 구성정보 제공 단계(S160)는, 동물개체 조상품종 판단 단계(S150)를 통한 순위와 더불어, 유사도의 수치적 정보를 기반으로 피검사동물이 구성하는 서로 다른 품종들이 상대적으로 어느 정도의 구성 비로 이루어졌는지를 산출하여 제공할 수 있다. 각각의 품종에 대한 유사도의 수치들의 합을 평균화하여 각 동물개체의 유사성을 360개의 다른 모든 표준들과 비교하여 해당 피검사동물의 개체에 속하는 모든 다른 품종의 구성 비율을 구할 수 있다.
이와 같이, 각 피검동물의 유전자 변이의 양을 모든 다른 품종들의 표준게놈지도들과의 상호 유전적 거리를 비교하고 계산함으로써 각 개개 애완동물이 어떠한 다른 품종들로 구성되어 있는지를 구성 비라는 유전적 유사성의 수치로 제공할 수 있다.
한편, 품종표준게놈지도 구축 단계(S110)는, 현생 동물개체와 멸종된 고대 동물개체를 대상으로 품종 별 대표샘플을 품종표준게놈지도의 구축에 적용할 수 있다. 이러한 멸종된 고대 동물개체는, 현재 발견된 멸종동물의 사체로부터 채취된 샘플을 이용하여 해당 고대 동물개체에 대한 게놈정보를 수집하고, 수집된 게놈정보를 해당 개체의 품종표준게놈지도의 구축에 적용할 수 있다.
이에 따라, 동물개체 유사품종 구성정보 제공부(160)는, 산출할 품종 구성 비율을 현생 동물개체와 고대 동물개체로 구분하여 제공할 수 있다. 이와 같이, 비교 대상이 되는 표준게놈의 종류는 현생 품종뿐만 아니라, 멸종된 고대 동물(예: 고대의 개, 늑대 등)의 다양한 표준게놈에 적용함으로써, 현존 애완동물 품종 또는 고대의 동물품종에 대한 구성 비율 등 알고자 하는 표준에 따른 피검동물의 유사성 값을 도출하는데 응용될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 무한한 수의 지정된 표준게놈지도와 피검사동물에 대하여 보유한 유전자 변이를 비교하고, 그 상대적인 유사도를 종합적으로 계산함으로써, 한 종 내의 확정된 품종들의 표준과의 유사성을 더욱 정밀히 계산할 수 있다.
또한, 비교 대상이 되는 품종의 표준게놈정보를 이용하여 현존하는 동물의 품종 및 과거 고대에 존재했던 개나 늑대 등과 같은 동물의 품종도 적용이 가능하며, 이와 같이 거리가 먼 개체의 유전자 정보를 활용함으로써 피검사동물의 유전자 족보도 간접적으로 유추하는데 응용할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템 및 그 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 유전적 품종 정보 제공 시스템
110: 품종표준게놈지도 구축부
120: 유전형 정보 생성부
130: 유전자 변이 추출부
140: 유전자 유사도 측정부
150: 동물개체 조상품종 판단부
160: 동물개체 조상품종 구성정보 제공부
S100: 유전적 품종 정보 제공 방법
S110: 품종표준게놈지도 구축 단계
S120: 유전형 정보 생성 단계
S130: 유전자 변이 추출 단계
S140: 유전자 유사도 측정 단계
S150: 동물개체 조상품종 판단 단계
S160: 동물개체 조상품종 구성정보 제공 단계

Claims (10)

  1. 각 표준품종이 확인된 동물개체에 대한 품종 별 대표샘플을 선정하거나, 품종이 불분명한 각 동물개체에 대한 유전자 정보를 해독 및 생성하여 품종 별 대표샘플을 선정하고, 선정된 대표샘플을 대상으로 동물개체에 대한 품종표준게놈지도를 구축하여 저장하는 품종표준게놈지도 구축부;
    피검사동물로부터 채취된 검체로부터 유전자를 추출하고, 전장게놈해독 및 유전자 칩을 이용한 유전형 정보를 생성하는 유전형 정보 생성부;
    상기 유전형 정보에 대한 상기 품종표준게놈지도의 맵핑 및 서열 비교를 실행하여 유전자 변이를 추출하는 유전자 변이 추출부;
    상기 유전자 변이 추출부를 통해 추출된 피검사동물의 유전자 변이의 수와 상기 유전자 변이 추출부의 서열 비교를 통한 DNA 서열 맵핑율을 파악하여 상기 품종표준게놈지도에 기초한 각 품종 별 유전자 유사도를 측정하는 유전자 유사도 측정부; 및
    상기 품종 별 유전자 유사도에 기초하여 상기 품종표준게놈지도의 각 표준품종에 대한 순위를 책정하고, 책정된 가장 높은 순위의 표준품종을 피검사동물의 조상품종으로 판단하는 동물개체 조상품종 판단부를 포함하고,
    상기 품종표준게놈지도 구축부는,
    현생 동물개체와 멸종된 고대 동물개체를 대상으로 품종 별 대표샘플을 상기 품종표준게놈지도의 구축에 적용하고,
    상기 유전자 유사도 측정부는,
    상기 품종표준게놈지도에 포함된 동물개체에 대한 표준품종 수만큼의 비교 측정치를 생성하고, 생성된 상기 비교 측정치에 따라 상기 품종표준게놈지도와 비교하여 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율을 파악하고,
    상기 유전자 변이의 경우, 단염기다형성(single nucleotide polymorphism:), 삽입결실(indel), 복제수변이(copy-number　variation: CNV), DNA 구조적변이(Single Variant: SV), 짧은연쇄반복(Short tandem repeat: STR)을 포함하는 유전자 변이에 대하여 미리 설정된 가중치를 각각 부여하여 전체 유전자 변이의 수를 보정하고, 전체 유전자 변이의 수가 보정된 값에 기초하여 상기 품종표준게놈지도 각각에 대한 유사도를 측정하는 것을 특징으로 하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유전자 유사도 측정부를 통해 파악된 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율에 기초하여 피검사동물을 구성하는 품종들 간의 상대적 비율인 품종 구성 비율을 산출하여 제공하는 동물개체 조상품종 구성정보 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 동물개체 유사품종 구성정보 제공부는,
    상기 품종 구성 비율을 현생 동물개체와 고대 동물개체로 구분하여 제공하는 것을 특징으로 하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 시스템.
  6. 품종표준게놈지도 구축부가, 각 표준품종이 확인된 동물개체에 대한 품종 별 대표샘플을 선정하거나, 품종이 불분명한 각 동물개체에 대한 유전자 정보를 해독 및 생성하여 품종 별 대표샘플을 선정하고, 선정된 대표샘플을 대상으로 동물개체에 대한 품종표준게놈지도를 구축하여 저장하는 품종표준게놈지도 구축 단계;
    유전형 정보 생성부가, 피검사동물로부터 채취된 검체로부터 유전자를 추출하고, 전장게놈해독 및 유전자 칩을 이용한 유전형 정보를 생성하는 유전형 정보 생성 단계;
    유전자 변이 추출부가, 상기 유전형 정보에 대한 상기 품종표준게놈지도의 맵핑 및 서열 비교를 실행하여 유전자 변이를 추출하는 유전자 변이 추출 단계;
    유전자 유사도 측정부가, 상기 유전자 변이 추출 단계를 통해 추출된 피검사동물의 유전자 변이의 수와 상기 유전자 변이 추출 단계의 서열 비교를 통한 DNA 서열 맵핑율을 파악하여 상기 품종표준게놈지도에 기초한 각 품종 별 유전자 유사도를 측정하는 유전자 유사도 측정 단계; 및
    동물개체 조상품종 판단부가, 상기 품종 별 유전자 유사도에 기초하여 상기 품종표준게놈지도의 각 표준품종에 대한 순위를 책정하고, 책정된 가장 높은 순위의 표준품종을 피검사동물의 조상품종으로 판단하는 동물개체 조상품종 판단 단계를 포함하고,
    상기 품종표준게놈지도 구축 단계는,
    현생 동물개체와 멸종된 고대 동물개체를 대상으로 품종 별 대표샘플을 상기 품종표준게놈지도의 구축에 적용하고,
    상기 유전자 유사도 측정 단계는,
    상기 품종표준게놈지도에 포함된 동물개체에 대한 표준품종 수만큼의 비교 측정치를 생성하고, 생성된 상기 비교 측정치에 따라 상기 품종표준게놈지도와 비교하여 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율을 파악하고,
    상기 유전자 변이의 경우, 단염기다형성(single nucleotide polymorphism: SNP), 삽입결실(indel), 복제수변이(copy-number　variation: CNV), DNA 구조적변이(Single Variant: SV), 짧은연쇄반복(Short tandem repeat: STR)을 포함하는 유전자 변이에 대하여 미리 설정된 가중치를 각각 부여하여 전체 유전자 변이의 수를 보정하고, 전체 유전자 변이의 수가 보정된 값에 기초하여 상기 품종표준게놈지도 각각에 대한 유사도를 측정하는 것을 특징으로 하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 유전자 유사도 측정부를 통해 파악된 피검사동물의 유전자 변이의 수 및 DNA 서열 맵핑율에 기초하여 피검사동물을 구성하는 품종들 간의 상대적 비율인 품종 구성 비율을 산출하여 제공하는 동물개체 조상품종 구성정보 제공 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 동물개체 유사품종 구성정보 제공 단계는,
    상기 품종 구성 비율을 현생 동물개체와 고대 동물개체로 구분하여 제공하는 것을 특징으로 하는 동물의 품종 별 표준게놈지도를 이용한 유전적 품종 정보 제공 방법.
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