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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.54 No.1 pp.53-60
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2020.54.1.53

Genetic Parameters for Boar taint Compounds and their Relationship on Production and Reproduction Traits

Jong-Hyun Jung1, Young-Chul Jung1, Sang-Min Lee2, Da-Rae Kang2, Kwan-Sub Shim2, Jung-Jae Lee1*
1Jung P&C Institute. Inc., Yongin, 16950, Korea
2Dept of Animal biotechnology, Chunbuk National University, Korea
Corresponding author: Jung-Jae Lee Tel: +82-31-704-8113 Fax: +82-31-705-0296 E-mail: jhjjh7@snu.ac.kr
January 16, 2020 January 30, 2020 January 30, 2020

Abstract


Boar taints are showing negative effects on consumer’s preference of pork due to off-odor. The boar taint of pork caused by androstenone, skatole and indole hormones accumulated in adipose tissue of uncastrated male pigs. The purpose of this study was to estimate genetic parameters, to find possibility to breed low boar taint boars to replace castration procedure which currently performed at the swine farm. The fat tissues from neck of the live boars were sampled by biopsy process. Three breeds of boar were tested, they are Yorkshire, Landrace, and Duroc. Three boar hormones, androstenone, skatole and indole of each pig were analyzed. Duroc breed was the highest with 1.684 ug/g in androstenone, the others were relatively low with 0.875-0.920 ug/g. Skatole and indole concentrations were highest on Yorkshire and Duroc, respectively. The heritabilities of androstenone, skatole and indole were 0.40, 0.17 and 0.01, respectively. Andrestenone showed highest heritability among boar hormones. The genetic correlations between boar taint compounds and economic traits (growth and reproductive traits) were very low. It is considered that boar taint compounds could be possibly thorugh breeding, since heritabilities of boar taint hormones are high, and genetic correlations between the hormones and traits are low.



돼지의 웅취 호르몬과 성장 및 번식형질에 대한 유전모수추정

정 종현1, 정 영철1, 이 상민2, 강 다래2, 심 관섭2, 이 중재1*
1(주)정 P&C 연구소
2전북대학교 동물생명공학과

초록


웅취는 돼지고기의 이취로서 소비자의 소비성에 부정적인 영향을 미친다. 웅취는 거세를 하지 않은 수퇘지의 지방조직에 안드로스테 논, 스카톨 및 인돌과 같은 호르몬의 축적으로 인한 것이다. 본 연구는 웅취에 영향을 미치는 호르몬과 성장 및 번식 형질간의 유전상관도 를 추정하고 동물복지측면에서 웅취 호르몬이 낮은 수퇘지를 개발하기 위해 수행되었다. 본 연구를 위하여 3개 품종, Duroc, Landrace, Yorskhire 517두를 공시돈으로 수행하였다. 웅취 호르몬 분석을 위한 샘플채취는 수퇘지의 목부위 지방을 바이옵시 방식으로 채취하여 각 품종별 안드로스테논, 스카톨 및 인돌을 분석하였다. 안드로스테논 분석 결과, Duroc 품종이 1.684 ug/g으로 가장 높았고, 타 품종은 0.875-0.920 ug/g으로 상대적으로 낮았다. 스카톨의 농도는 Yorskhire가 0.095 ug/g으로 가장 높았고 인돌은 Duroc이 0.058 ug/g으로 가장 높았다. 품종과 개체에 따라서 3종류 웅취 호르몬의 농도 차이는 매우 컸다. 안드로스테논, 스카톨 및 인돌의 유전력은 0.40, 0.17 및 0.01으로, 안드로스테논의 유전력이 가장 높았다. 웅취 호르몬 농도와 다른 경제 형질(성장 및 번식 형질) 사이의 유전적 상관관계를 조사하였으나, 웅취 농도와의 상관관계는 매우 낮았다. 웅취 호르몬의 농도가 유전력도 높고 개체별 차이가 크고 다른 경제 형질과의 유전적 상관도가 낮기 때문에, 육종을 통한 저 웅취 부계 종돈 작출이 가능할 것으로 판단된다.



    Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs
    213010-05-3-SB710

    서론

    갓 태어난 옹돈의 외과적 거세는 육질개선과 사양관리의 편의성 때문에 널리 사용된다. 특히, 돼지고기 품질에서 웅 취가 없고 근섬유를 얇게 하여 연도가 좋은 돼지고기를 생 산하여 소비자가 욕구를 충족시키게 한다(Barton-Gade, 1987). 그러나, 자돈단계에서 외과적인 거세는 동물복지측 면을 고려한 사양관리 방법에서 크게 논란이 되고 있다. 외 과적인 거세방법은 마취를 하지 않아 통증이 발생하기 때문 에 자돈에게 많은 스트레스와 고통을 주기 때문이다 (Prunier et al., 2005). 유럽연합에서 2010년에 발표한 협정 문에 따르면 동물복지측면에서 2012년 1월부터 외과적 거 세를 수행할 때 마취 또는 진통제를 투여해야 하며, 2018년 부터는 단계적으로 외과적 거세를 폐지해야 한다고 규정하 고 있다(De Briyne et al., 2016). 또한, 돼지고기의 소비 추 세가 살코기에 초점을 두고 있기 때문에, 지방의 축적이 적 고 살코기의 양이 많으면서 사료효율이 좋은 비거세 수퇘지 를 생산하기 위한 연구가 수행되고 있다. Aluwé et al.(2011) 의 연구에 따르면, 생체중이 90kg(또는 150일령)이내에 도 축할 경우에 소비자들이 돼지고기의 이취를 거의 맡지 못한 다는 연구결과를 발표하였다.

    웅취의 주요 요인이 되는 호르몬은 안드로스테논, 스카 톨 및 인돌 등으로 웅돈의 호르몬이다. 세 호르몬은 지방과 친유성의 특징으로 인해 지방에 쉽게 축적될 수 있으며 돼 지고기를 열처리할 경우 냄새의 주요 요인이 된다. 안드로 스테논은 웅돈의 고환에서 생산되는 스테로이드 화학물질 이며, 항상 정소호르몬과 동시에 분비된다(Claus et al., 1994). 고환에서 생성되어 혈관을 따라 이동하여 간에서 분 해되어 방출되거나, 타액선에서 성페로몬으로 전환된다 (Zamaratskaia & Squires, 2009). 스카톨과 인돌은 트립토판 대사 과정에서 특이적인 박테리아에 의해 장에서 합성된다. 두 호르몬은 생산량이 배출량보다 많아질 때 지방에 축적된 다(Zamaratskaia & Squires, 2009). 스카톨과 인돌도 간에서 분해되고 분변을 통해 배출되지만, 테스토스테론이 간에서 스카톨의 분해를 억제하여 지방에 축적되도록 한다(Wesoly & Weiler, 2012).

    본 연구는 국내에서 사육되고 있는 품종별 비거세 웅돈 의 웅취요인 호르몬 농도를 분석하고, 웅취요인 호르몬과 성장 및 번식형질간의 유전적상관도를 분석하여 저 웅취 웅 돈을 개발하기 위한 기초를 제시하기 위해 수행하였다.

    재료 및 방법

    1. 공시재료

    본 연구에 이용된 공시돈은 2014년부터 2018년까지 전 남 영광소재 N종돈장에서 검정한 Duroc종 236두, Landrace 종 138두, 및 Yorkshire종 143두의 비거세 수퇘지 총 517두 에 대하여 평균검정종료체중 101kg에 생체에서 목부위 지 방을 채취하여 웅취 호르몬을 분석하여 자료로 이용하였다 (Table 1).

    2. 조사 형질

    본 연구에서는 돼지의 대표적인 성장형질인 일당증체량, 90kg도달일령, 등지방두께와 번식형질인 복당 총산자수, 생 존자돈수에 대한 자료를 수집하였으며 측정방법은 다음과 같았다.

    (1) 일당증체량(Average daily gain)

    생시에서 검정종료 체중까지의 평균 증체량을 이용하였 고, 다음 공식에 의해 계산하였다.

    일당 증체량 = ( 검정종료체중 - 검정개시체중 ) ÷(검정종 료일령 - 검정개시일령)

    (2) 90kg도달일령

    90kg도달일령은 검정종료체중, 종료일령 및 검정기간의 일당증체량을 가지고 다음의 공식에 의하여 보정 계산하였다.

    90kg도달일령 = 검정종료일령 + {(90 - 검정종료체중) × ( 검정종료일령 - 38 ) ÷ 일당증체량}

    (3) 등지방두께(Average backfat thickness)

    A-mode 초음파측정기를 사용하여 측정하였으며 측정부 위는 제 4늑골, 최후늑골, 최후척추 부분의 정중앙선에서 또 는 좌측 또는 우측 5cm 부분을 측정하여 평균값을 90kg으로 보정한 값을 사용하였다. 보정치 산출방식은 다음과 같다.

    보정 등지방두께 = 검정종료 등지방두께 + {90 kg - 측정 체중) × 검정종료 등지방두께 ÷ (검정 종료체중 - 11.34)}

    (4) 복당총산자수(Total number born)

    총 산자수는 분만 시 정상인 생존 산자수와 사산 두수, 미이라, 체중미달인 개체가 포함된 총 자돈두수이다. 이중 체중미달 개체는 현장 작업자가 동복자돈과 비교하여 현저 하게 체중이 낮을 경우 체중미달로 판단한다. 일반적으로 생시체중이 약 800 g 미만 인 개체가 체중미달로 분류된다.

    총 산자수 = 생존 산자수 + 사산두수 + 미이라 두수 + 체중 미달 두수

    (5) 생존자돈수(Number born alive)

    생존 산자수는 총 산자수에서 사산 두수 및 미이라, 체중 미달 두수를 제외한 두수이다.

    생존자돈수 = 총 산자수 – 사산두수 - 미이라 두수 - 체중미 달 두수

    3. 웅취 호르몬의 화학적 분석

    GC-MS를 이용하여 생체에서 채취한 지방샘플을 이용하 여 웅취 호르몬인 안드로스테논, 스카톨 및 인돌의 농도를 분석하였다. 생체에서 채취한 샘플에서 근육 등 불순물을 제 거한 순수 지방을 유리 vial에 담아 700W microwave oven에 서 1min 동안 가열하여 얻어진 액체 지질을 사용하였다. 0.2g의 액체 지질을 원심분리 튜브(2ml)에 옮기고, 0.8ml의 혼합 용매(methanol : n-hexane, 9:1, v/v)를 첨가하였다. 1 분 간 혼합한 후, 초음파 추출 장치(Powersonic 420, Hwashin tech, Korea)를 이용하여 50℃에서 40분간 추출하였으며, 5 분마다 한 번씩 혼합하였다. 샘플을 상온에서 식히고 저온원 심분리기(Large Fefri Centrifuge Combi_514R, Hanil science Industrial, Korea)를 이용하여 15,000rpm 에서 30분간 원심 분리하여 상등액을 injection vial에 옮겨 시험용액으로 사용하 였다. 웅취 호르몬의 질량분석을 위하여 gas chromatographmass spectrometer(GC-MS, QP02010, Shimadzu, Kyoto, Japan)을 사용하였고, column은 Rtc-5Sil MS column (30m ⅹ 0.25mm, 0.25u, film thickness, Restex, USA)을 사용하였 다. 전체 분석시간 동안, injection은 split mode (split ratio, 10:1)로 300℃에서 1ul씩 주입하였다. 오븐 온도는 40℃에서 1 min 후 250℃까지 10℃/min의 속도로 증가시켰고(5 min hold at 250℃), 300℃까지 15℃/min으로 증가시켰으며 30 0℃에서 10min 유지하였다. 이온화는 70 ev 전압에서 electron impact ionization (EI) 방법을 사용하였고, ion source의 온 도는 260℃ 였다. 스캔 범위는 m/z 40-550으로 설정하였고, MS spectrum은 Wiley library를 참고하였다. 웅취 호르몬의 정확한 분석을 위해, selective ion monitoring(SIM) mode로 m/z 257(안드로스테논), 130(스카톨) 및 117(인돌)를 선택 하여 정성분석을 실시하였다. 웅취 호르몬 분석에 대한 정 밀성(precision), 직선성(linearity), 검출한계(LOD) 및 정량 한계(LOQ)를 Table 1에 나타내었다.

    4. 통계분석방법

    웅취 호르몬과 산육 및 번식형질에 대한 유전모수를 추 정하기 위하여 다음과 같은 Animal model을 사용하였다.

    y i j k l = μ i + B i + Y N j + W t k + e i j k l

    위에서, yijkl= i번째 품종의 j번째 동기군그룹의 k번째 검 정종료체중의 l번째 개체에 대한 관측치, μ=전체평균, Bi=i 번째 품종의 고정효과, BNj=i번째 형질의 k번째 동기군 그 룹, Wtk=k번째 검정종료체중의 효과, eijklm=임의오차이다.

    본 연구에서는 상기의 모형을 활용하여 분석프로그램은 Asreml ver 4.0프로그램(Butler et al., 2018)을 이용하였고, DF-REML(Derivative Free Restricted Maximum Likelihood) 방법으로 log likelihood값의 차이가 10-8이하에 도달할 때를 수렴조건으로 하여 반복 추정하였다. 이와 같 이 추정된 분산치를 이용한 상가적 유전효과에 대한 유전력 은 다음과 같이 구하였다.

    h 2 = σ a 2 σ a 2 + σ e 2

    여기서 h2= 유전력 σ a 2 a = 상가적 유전분산, σ a 2 e = 환경효 과 및 비상가적 유전효과에 의한 분산, 그리고, 측정된 형 질간의 표현형상관 및 유전상관은 다음과 같이 구하였다.

    r P = c o υ P ( i j ) ^ σ P ( i ) 2 + σ P ( i ) 2 r G = c o υ a ( i j ) ^ σ a ( i ) 2 + σ a ( i ) 2

    여기서, rG = 유전상관, c o υ a ( i j ) ^ = 두 형질간 유전공분산, σ a ( i ) 2 = i번째 형질의 상가적유전분산, σ a ( i ) 2 =j번째 형질의 상가 적유전분산, rP = 표현형 상관, c o υ P ( i j ) ^ = 두 형질의 표현형 공분산, σ P ( i ) 2 =i번째 형질의 표현형분산, σ P ( i ) 2 =j번째 형질의 표현형분산.

    결과 및 고찰

    1. 웅취 호르몬

    Table 2에는 비거세 수퇘지의 품종별 웅취 호르몬 농도를 나타내었다. 안드로스테논 농도의 범위는 0.875∼1.684ug/g, 스카톨은 0.087∼0.095ug/g, 인돌은 0.046∼0.058 ug/g로 조 사되었다. 품종간 웅취 호르몬 농도를 비교한 결과 안드로 스테논은 Duroc종이 가장 높게 나타났으며, Landrace종과 Yorkshire종순으로 조사되었다. 스카톨은 Yorkshire종이 가 장 높게 나타났으며, Landrace종과 Duroc종에서 유의적 차 이가 없는 것으로 조사되었다. 각 웅취 호르몬 농도의 표준 편차가 커서 품종간의 차이뿐만 아니라 개체간의 차이도 커 서 본 연구조사의 결과로 소비자 감지 호르몬 농도를 초과 하는지 여부를 단정 할 수는 없었다. 웅취의 지표인 안드로스 테논과 스카톨에 대해 사람이 감지할 수 있는 최소농도에 대 해 다양한 연구가 진행되었다. Bonneau & Chevillon (2012) 은 사람이 감지할 수 있는 안드로스테논 농도는 지방내의 2∼3 ug/g이라고 발표하였고, Xue et al.(1996)는 안드로스 테논과 스카톨의 농도가 최소 1.5 ug/g과 0.25ug/g이상이 되 어야 감지할 수 있다고 보고하였고, Bañón et al.(2003)은 열처리한 등심에서 안드로스테논과 스카톨의 농도가 각각 0.5 ug/g과 0.1 ug/g이상이 되었을 경우 사람이 감지할 수 있다고 보고하였다. 웅취 호르몬에 대한 민감도는 돼지고기 를 섭취하는 소비자마다 민감도가 다르며, 이 민감도는 소 비자의 성별과 나이, 돼지고기의 조리와 섭취빈도와 밀접한 관련이 되어있다고 보고하였다(Lunde et al., 2009). Meinert et al.(2017)은 비거세 수퇘지 15두의 돼지의 목부위 지방에서 샘플을 채취하여 안드로스테논과 스카톨의 농도를 분석한 결 과 안드로스테논과 스카톨의 범위를 각각 0.3∼3.0mg/kg과 0.04∼0.70mg/kg이었다고 보고하였다.

    2. 웅취 호르몬의 유전모수 추정

    본 연구에서 웅취 호르몬인 안드로스테논, 스카톨 및 인 돌에 대한 유전모수을 추정하여 Table 3에 나타내었다. 웅취 호르몬인 안드로스테논, 스카톨 및 인돌의 유전력은 각각 0.40, 0.17 및 0.01로 추정되어 안드로스테논은 고도의 유전 력으로 추정되었고, 스카톨과 인돌은 저도의 유전력으로 추 정되었다. 이러한 결과는 Windig et al.(2012)의 연구에서 7,336두의 비거세 수퇘지의 지방을 채취하여 유전력을 추정 한 결과 안드로스테논는 0.53의 고도의 유전력으로 유사하 게 추정되었지만, 스카톨 및 인돌의 유전력은 0.41 및 0.33으 로 고도의 유전력으로 추정되어 상반된 결과로 나타났다. 또 한 Merks et al.(2009)Strathe et al.(2013)의 연구에서 안드 로스테논은 고도의 유전력으로 추정된 결과와 일치하였다.

    웅취 화합물간 상관관계를 조사한 결과 안드로스테논과 스카톨의 표현형 및 유전 상관관계는 낮은 것으로 조사되었 지만, 스카톨과 인돌간에 표현형 및 유전상관 모두 중도 정 도의 상관관계로 조사되었다(Table 3). 그러나, Winding et al.(2012)의 연구에서 안드로스테논과 스카톨, 인돌 사이의 유전상관은 각각 0.37 0.46으로 보고 하였고, 스카톨과 인돌 사이의 유전상관은 0.78로 보고하였다. 표현형 상관의 경우 0.33, 0.36과 0.71로 보고하여 유전 및 표현상관모두 중도 이상의 상관관계로 조사되었다. Walstra et al.(1999)는 지 방에 축척되어 있는 안드로스테논과 스카톨간에는 중도의 상관관계가 있다고 보고하였다. 과거 웅취 호르몬간의 연구 에서 상관 관계의 결과를 종합하면 웅취 호르몬은 육종에 목표 형질로서 개량이 가능하다고 보고하였다(Merks et al., 2010a; Merks et al., 2012; Strathe et al., 2013; Meinert et al., 2017). 웅돈의 사춘기가 시작되면서 지방내에 스카톨의 축적이 증가하고 또한 안드로스테논도 역시 지방내에 축적 이 증가한다고 보고하였다(Zamaratskaia et al., 2004). 웅돈 은 사춘기 발동후에 스테로이드 농도가 스카톨의 농도를 조 절될 수 있는 것으로 보아 스테로이드 물질이 스카톨의 대 사 속도를 조절하기 때문이라고 보고하였다(Babol et al., 2004). 간세포에 안드로스테논을 첨가하는 실험에서, 안드 로스테논은 CYP2E1유전자의 전사인자로서 프로모터 부위 에 작용하여 이 유전자의 발현을 억제하고, 스카톨 대사를 억제하여 지방내에 스카톨이 축적된다고 보고하였다(Doran et al., 2002; Tambyrajah et al., 2004).

    3. 웅취 호르몬과 경제형질 사이의 유전상관

    Table 4에는 돼지의 성장형질과 웅취 호르몬간의 유전상 관도를 분석하여 나타내었다. 웅취 호르몬과 일당증체량, 등 지방두께 및 90kg 도달일령 간에는 유전상관이 매우 낮은 것으로 조사되었다. Table 5에는 돼지의 번식형질과 웅취 호 르몬간에 유전상관도를 분석하여 나타내었다. Willeke et al.(1987)의 연구에서 낮은 농도의 안드로스테논이 성장형질 에 부정적인 영향을 미친다고 보고하였고, Merks et al.(2009) 는 웅취 호르몬과 성장형질간에 유전상관도가 없다고 보고 하였고, Merks et al.(2010b)는 웅취와 돼지의 경제형질간의 유전상관도 연구에서 저농도 웅취그룹(하위 10% 웅돈)을 선 발하여 웅취 호르몬과 일당증체중 및 사료요구율간의 유전 상관을 조사한 결과 상관도가 존재하지 않는다고 보고하였 다. 또한 웅취 호르몬 농도가 낮은 종돈을 선발한 결과 번식 형질에 영향을 미치지 않는다고 보고하였다. 이러한 연구결 과로 웅취 호르몬 농도가 낮은 종돈을 선발할 경우 다른 경 제형질에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다.

    요약

    본 연구에서는 2014년부터 2018년까지 전남 영광소재 N종 돈장에서 검정한 Duroc종, Landrace종, 및 Yorkshire종 비거세 수퇘지 517두의 평균 검정종료체중 101kg 생체에서 목부위 지방을 채취하여 웅취 호르몬을 분석하여 유전모수를 추정하 고 돼지의 주요 경제형질과의 유전상관도를 조사하였다.

    웅취 호르몬을 분석한 결과 안드로스테논 농도의 범위는 0.875∼1.684ug/g, 스카톨은 0.087∼0.095ug/g, 인돌은 0.046 ∼ 0.058ug/g로 조사되었다. 품종간 웅취 호르몬 농도를 분 석한 결과 안드로스테논은 Duroc종이 가장 높게 조사되었 고, 스카톨은 Yorkshire종이 가장 높게 조사되었다. 웅취 호 르몬의 유전력을 추정한 결과 안드로스테논, 스카톨 및 인 돌의 유전력은 각각 0.40, 0.17 및 0.01로 추정되어 안드로 스테논은 고도의 유전력으로 추정되었고, 스카톨과 인돌은 저도의 유전력으로 추정되었다. 웅취 호르몬간의 상관도를 조사한 결과 안드로스테논과 스카톨 및 인돌이 표현형상관 과 유전상관이 낮은 상관도로 조사되었지만, 스카톨과 인돌 간에는 표현형 및 유전상관모두 중간 정도의 상관관계로 조 사되었다. 웅취 호르몬과 성장 및 번식형질간의 유전상관도 를 조사한 결과 매우 낮은 것으로 조사되어 웅취 호르몬 농 도가 낮은 종돈을 유전적 능력을 기반으로 선발할 경우 다 른 경제형질에 영향을 미치지 않는 다는 것을 의미한다.

    감사의 글

    본 논문은 농림축산식품부와 농진청의 재원으로 농림식 품기술기획평가원 Golden Seed 프로젝트 사업의 지원을 받 아 연구되었음(213010-05-3-SB710)

    Figure

    Table

    Linearity, precision, LOD and LOQ of the method for validation

    Least-square means and standard errors of boar taint compounds concentration by breed(ug/g)

    Heritability (h2), phenotypic and genetic correlations among boar taint compounds in breeds.

    Genetic correlation between boar taint compounds and growth traits.

    Genetic correlation between boar taint compounds and reproductive traits

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