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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.54 No.1 pp.83-90
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2020.54.1.83

Estimation of Environmental Effects and Genetic Parameters for Ultrasound Traits in Hanwoo

Young-Gyu Cho1, Nam-Jin Ryu2, Dong-Heon Woen1, Dong-Hui Lee1, Lopez B. I.3, Choul-Won Song1, Kang-Seok Seo1*
1Suncheon National University, Suncheon, 57922, Korea
2Division of Agriculture and Livestock, Goheung County Office, Goheung, 59542, Korea
3Division of Animal Genomics and Bioinformatics, National Institute of Animal Science, Rural Development Administration, Wanju, 55365, Korea
Corresponding author: Kang-Seok Seo Tel: 82-61-750-3232 Fax: 82-61-750-3232 E-mail: sks@scnu.ac.kr
January 7, 2020 January 10, 2020 January 21, 2020

Abstract


Ultrasound measurements of backfat thickness (UBF), longissimus muscle area (ULMA) and marbling score (UMS) on 56,487 Hanwoo cows ages between 18 and 31 months were analyzed to estimate environmental effects and genetic parameters. Data were collected from different breeding farms in Korea measured during the period from January 2011 to August 2018. Multi-trait animal model by restricted maximum likelihood procedures were performed using WOMBAT software to estimate heritability, phenotypic and genetic correlations among the considered traits. Significant environmental effects included in the models were: measurement year, month, region, and age of the cow as covariate. Estimated heritabilities for UBF, ULMA and UMS were 0.364, 0.499 and 0.104, respectively. Genetic and phenotypic correlations were strongly positive among traits of ultrasound. Genetic correlations among traits were 0.551, 0.485, and 0.466 for UBF: ULMA, UBF: UMS, and ULMA: UMS in cows, respectively. Phenotypic correlations among traits were 0.594, 0.490, and 0.514 for UBF: ULMA, UBF: UMS, and ULMA: UMS in cows, respectively. In conclusion, ultrasound traits can be favorably incorporated into farm management to genetically improve the meat quality of breeding animals. Moreover, these estimated genetic parameters for ultrasound traits would be very useful in Hanwoo breeding program.



한우 암소의 초음파 자료를 활용한 환경효과 및 유전모수 추정

조 영구1, 류 남진2, 원 동현1, 이 동희1, 브라이언 로페즈3, 송 철원1, 서 강석1*
1순천대학교
2고흥군청 농업축산과
3농촌진흥청 국립축산과학원 동물유전체과

초록


18개월령과 31개월령 사이의 암소 56,487두의 판독 결과를 이용하였으며, 환경요인과 유전적 요인들에 대해 분석이 이루어졌다. 2011년 1월에서 2018년 8월까지의 기간 동안의 국내 농가들의 데이터를 이용하였으며, WOMBAT 소프트웨어를 활용하여 Multi-trait animal model을 통해 각 형질들의 유전력, 유전상관 및 표현형상관을 추정하였다. 모델식들의 환경적인 요인들의 대해 유의성이 나타났다; 측정년도, 측정월, 지역, 암소개월령. 초음파 등지방두께, 초음파 등심단면적, 초음파 근내지방도의 유전력은 각각 0.364, 0.499, 0.104로 추정되었다. 유전상관과 표현형상관은 각 형들간에 있어 강한 정의 상관을 나타냈다. 각 형질들간 유전상관은 초음파 근내지방도와 초음파 등심단면적, 초음파 근내지방도, 초음파 등심단면적과 초음파 근내지방도는 각각 0.551, 0.485, 0.486으로 나타났 으며, 표현형상관은 0.594, 0.490, 0.514로 나타났다. 이에 대한 결과로 초음파측정결과를 이용하여 농장운영에 있어서 육질 개선을 위한 유전적 능력을 개선시킬 수 있을 것이라 보며, 한우의 개량에 있어서 기초적인 자료로서 이용이 될 수 있을 것이라 사료된다.



    National Research Foundation of Korea
    2018R1A6A3A01012191

    서론

    한우는 한반도에서 약 2,000여 년 전부터 농경용으로 사 육되었으나 농기계의 발달과 보급으로 인해 근래에는 쇠고 기 생산을 위한 육우로 사육되고 있다. 과거 한우는 육량을 늘리기 위한 증체량에 중점을 두어 개량을 하였으나 근래에 는 경제 성장에 따른 소비자의 의식변화와 자유 무역 기조 에 따른 수입육의 위협으로 육질에 대한 개량의 비중이 점 차 높아지고 있다. 그러나 한우의 육질에 따른 품질에 관련 된 형질들을 측정하기 위해서는 도축이 일어난 후에만 가능 하다는 단점이 존재한다. 일반적인 육우의 경우 초산월령은 24개월령, 분만간격은 365일로 나타나며(Kenny & Diskin, 2014) 각각의 개체마다 경제성이 높지만 세대간격도 길기 때문에 우수한 개체를 만들어가기에는 많은 비용과 시간이 소요된다. 번식우의 능력을 파악하기 위해서 후대축의 도체 성적을 이용한 자료가 필요하지만 거세우 및 암소의 출하월 령은 평균 출하월령이 30.7개월령과 53.5개월령으로 나타나 며(Korea Institute for Animal Products Quality Evalution, 2019) 암소와 1산차의 거세우의 출하시기와 유사하기 때문 에 번식우의 능력 추정에 있어 어려운 점이 있다. 만약 선발 된다하더라도 번식우로서 사용하는 기간이 짧아지기에 효 율적인 기술의 적용이 매우 필요한 실정이며, 이에 대한 기 술로서 대두된 것이 초음파촬영을 통한 생체측정이다. 초음 파기술이 활용됨에 따라 한우의 생체상태에서 상처를 입히 지 않으면서 육량 혹은 육질의 조기 예측이 가능하게 되었 다. 초음파 판독에 앞서 근내지방도는 숙련된 기술과 경험 이 필요하지만 발육상태의 예측이 가능해짐에 따라 계획교 배에 활용 및 추후 사육방향의 설정에 결정할 수 있으며 한 우의 개량에 있어 우수 집단을 형성하기에 긍정적인 영향을 줄 수 있다. 이로 인한 한우의 우량집단 조성 및 고급화를 통해 농가의 경쟁력을 높여 줄 수 있으며 한우 농가의 생산기 반 형성에 도움을 줄 수 있다. 초음파 측정을 통한 도체형질 의 유전력으로 Choi et al. (2006)은 등지방두께, 등심단면적, 근내지방도에서 각각 0.51, 0.33, 0.50으로 보고하였으며, Park et al. (1998)은 등심단면적, 등지방두께, 근내지방도에 서 각각 0.32, 0.50, 0.31로 발표하여 초음파를 활용한 도체형 질들의 유전력이 높은 편으로 볼 수 있다. 초음파를 활용한 선행 연구로 Ji et al. (2009)는 고급육생산을 위한 초음파를 활용하여 기술의 이용성을 높이고자 연구를 하였으며, Rhee et al. (2003)은 초음파를 이용하여 성장단계별 도체형질의 변 화를 보고 도체육량을 예측하기 위한 연구를 실시되었다.

    한우의 경제 형질은 유전능력과 사양관리, 영양공급과 더불어 환경과 같은 여러 요소들의 영향을 받는다(Kwon et al., 2006). 따라서 본 연구는 환경요인들이 한우의 경제형질 에 미치는 영향 및 암소의 능력을 조기 판단 및 선발하기 위한 초음파의 활용도에 대해 알아보고자 하여 초음파 측정 형질들(등지방두께, 근내지방도, 등심단면적)의 유전모수를 추정하고 유전적 상관관계를 조사하여 한우의 개량에 있어 서 기초 연구의 자료로서 제공되고자 실시되었다.

    재료 및 방법

    1. 공시재료

    본 연구에서 분석된 자료는 한우암소검정사업에서 2011 년에서 2018년 사이에 초음파측정을 실시한 한우 중 18개 월령과 31개월령 사이의 암소 56,487두의 판독 결과를 이용 하였다. 분석한 형질은 등심단면적, 등지방두께, 근내지방 도를 측정하였으며 현행 도체판정부위인 제 13 흉추와 제 1 요추 사이를 파악하여 배최장근과 주위의 조직들 사이에 서 나타나는 반사파를 이용하고 배최장근의 복부방향에서 하단부를 향한 반원형태의 윤곽을 찾아 측정을 실시하였고, 등지방두께는 피부층과 배최장근의 사이에서 나타나는 검 은층 부분을 피하지방층으로 보며 배최장근의 3분의2 부분 의 들어간 곳을 기점으로 하여 등지방두께를 측정하였으며 근내지방도는 전문가의 주관적인 판단 하에 1점에서 27점 까지의 점수화하여 나타냈다. Table 1

    2 통계분석

    초음파 측정형질인 초음파 근내지방도, 초음파 등지방두 께, 초음파 근내지방도에 영향을 미치는 환경요인에 대한 효과를 추정하기 위해 다음과 같은 모델을 이용하여 분석을 실시하였다.

    Y ijk = u + Ia i + MYM j + X k + e ijk
    식 (1)

    • Yijk : i번째 측정지역, j번째 측정년-측정월, k번째 측정일령에 대한 측정치

    • u : 전체 평균

    • Iai : I번째 측정지역

    • MYMj : j번째 측정년도-측정월

    • Xk : k번째 형질의 1번쨰 측정일령의 공변이 (Covariate)

    • eijk : 각 측정치의 임의오차

    초음파 형질의 유전모수 추정을 하기 위한 모형 설정은 SAS@9.4 Package/PC를 분석하였으며 GLM Procedure를 통해서 환경적 요인들에 대한 유의성 검정을 실시하였고, 이에 대한 유의성이 나타난 변수들에 대해서 측정지역, 측 정년-측정월의 고정효과로 설정하였고 측정일령을 공변이 로 설정하여 분석한 결과 유의성을 나타냈다. 따라서 초음 파 형질의 유전모수 추정을 위한 분석모형은 다음과 같다.

    Y ijkl  = u i  + IA ij  + MYM ik  + β 1 X il  +a ijkl  + e ijkl
    식 (2)

    • Yijkl : i번째 형질의 j번째 측정지역, k번째 측정년-측정월, l번째 측정일령에 대한 측정치

    • ui : i번째 형질의 전체 평균

    • IAij : i번째 형질의 j번째 측정지역의 고정효과

    • MYMik : i번째 형질의 k번째 측정년도-측정월의 고정효과

    • ß1 : 측정일령의 1차식 회귀계수

    • Xil : i번째 형질의 l번째 형질의 측정일령의 공변이 (Covariate)

    • aijkl : 상가적 유전효과

    • eijkl : 각 측정치의 임의오차

    유전모수 추정을 위한 분석은 REML(Restricted Maximum Likelihood) algorism을 바탕으로 WOMBAT program(Mayer, 2007)을 이용하여 추정하였으며 이를 통해 유전분산-공분 산, 잔차분산-공분산을 구하고, 이를 통해 초음파 형질들의 유전력, 유전상관 및 표현형상관을 계산하였다. 측정된 형 질 간의 유전상관 및 표현형상관은 다음과 같이 구하였다.

    r G = COV a ( i,j ) ^ σ a ( i ) 2 ×σ a ( j ) 2 ( i j )
    (3)

    r P = COV p ( i,j ) ^ σ p ( i ) 2 × σ p ( j ) 2 ( i j )
    식 (4)

    여기서, σ a 2 는 상가적 유전분산, rG는 유전상관, rP는 표 현형상관이다.

    또한, 육질 관련 형질들과 관능특성 간의 상관을 파악하 기 위해서 SAS@9.4 Package/PC의 Procedure Correlation를 이용하여 Pearson 상관분석을 이용하여 분석하였다.

    결과 및 고찰

    1 형질별 기초통계량

    Table 2에는 한우 암소의 초음파 측정 형질의 평균과 표 준편차를 나타냈다. 등심단면적, 등지방두께, 근내지방도는 각각 58.3±10.85㎠, 3.5±2.18mm, 4.5±2.0점으로 분석되었다.

    Park(2010)의 경우 초음파 등심단면적, 초음파 등지방두 께, 초음파 근내지방도의 평균으로 57.39㎠, 4.40mm, 1.86 점으로 등지방두께와 근내지방도는 본 연구와 유사하게 나 타났으나 근내지방도는 낮게 나타냈다. Lee et al.(2008)은 15개월령 암소를 이용하여 분석을 실시하였으며, 초음파 등 심단면적, 초음파 등지방두께, 초음파 근내지방도의 평균능 력으로 59.12㎠, 5.32mm, 4.81점으로 유사한 결과를 나타냈 다. Roberts et al.(2007)은 암소를 이용하여 분석을 하였으 며, 등심단면적, 등지방두께, 근내지방도의 평균능력은 각 각 58.8㎠, 3.96mm, 3.52점으로 나타내었다. 또한 등지방두 께와 등심단면적은 유사한 결과를 나타냈으나 근내지방도 에 있어 본 연구 결과가 더 높게 나타났다. Lee et al.(2006) 의 경우 등심단면적, 등지방두께, 근내지방도의 경우 각각 61.36㎠, 5.54mm, 6.51점을 나타냈다. Choi et al.(2006)은 1998년도에서 2005년도 사이의 출생한 당대검정기록과 96 년도에서 2002년도 사이의 거세 검정우의 검정기록을 통합 한 1,819두를 대상으로 측정한 결과로 등심단면적이 74.92 ㎠, 등지방두께는 7.24mm, 근내지방도는 2.80으로 보고하 여 본 연구의 결과보다 높게 나타났으며, 이는 성별 요인에 대한 차이로 인한 것으로 사료된다.

    2 환경요인의 효과

    2.1 측정년도의 효과

    측정년도에 따른 초음파 측정 형질의 판독값에 대한 최소 자승평균에 따른 연구결과는 Table 3에 나타냈다. 2018년도 의 등지방두께, 등심단면적, 근내지방도는 각각 3.98±0.03 ㎜, 63.24±0.16㎠, 5.13±0.03점으로 가장 높게 나타났으며 2012년의 결과로 3.42±0.03㎜, 54.76±0.14㎠, 3.42±0.03점으 로 가장 낮게 나타났다. 등지방두께와 등심단면적은 점차 증가하는 경향을 나타냈고, 근내지방도의 경우 2013년까지 낮아지다가 점차 증가하는 추세를 나타냈다.

    Park(2010)은 2001년에서 2009년까지의 반복측정이 이 루어진 개체 데이터를 활용하여 초음파 등지방두께의 경우 2004년의 결과가 다른 년도에 비해 유의적으로 높게 나타 났다. 초음파 등심단면적의 경우 2007년에 유의적으로 높게 나타났고, 2001년에 가장 낮게 나타났다고 하였다. 또한 초 음파 근내지방도는 2005년에 유의적으로 높게 나타났다고 하였다. Koo(2007)의 경우 대부분의 형질에서 유의적인 차 이가 있었으며, 초음파 등심단면적은 2002년도에 높게 나타 났으며, 초음파 등지방두께의 경우 2004년도에 높게 나타났 다고 하였다. 근내지방도의 경우 2002년, 2003년에 높게 나 타났으며 2003년까지 약간의 증가하는 형태를 보였지만 측 정년도가 지날수록 감소하는 형태를 나타냈다. 본 연구의 결과와 비교할 경우 근내지방도의 경향이 상이한 결과를 나 타냄을 알 수 있었고, 이는 본 연구와 측정개월령이 상이하 기 때문인 것으로 판단된다.

    2.2 측정월의 효과

    한우 암소의 초음파 측정을 실시한 측정월별의 판독값에 대한 최소자승평균의 다음 결과는 Table 4에 나타냈다. 등 지방두께의 경우 6월에 측정한 개체들이 가장 두껍게 나타 났는데, 1월에 측정한 개체들이 가장 얇게 나타났다. 등심단 면적의 경우, 3월과 12월의 개체들이 가장 넓은 면적을 나 타냈으며, 1월에 측정한 개체들이 가장 좁은 면적이 나타났 다. 근내지방도의 경우 12월의 측정한 개체들이 가장 높은 점수를 나타냈고, 2월에 측정한 개체들이 가장 낮은 점수를 나타냈다. Heo(2010)는 한랭 환경에서는 사료에너지의 이 용효율은 저하되지만 영양소 요구량이 증가하기 때문에 나 타나는 것으로 보고되었으며, 각 형질별 결과 중 1월에 전 반적인 낮은 결과를 보이는 것은 측정전 평균기온이 영향으 로 인한 것으로 추정되었다.

    2.3 측정지역의 효과

    초음파 측정지역별로 초음파 측정형질의 판독값에 대한 최소자승평균을 Table 5에 나타냈다. 등심단면적의 경우 Y 지역이 타지역들에 비해 넓게 나타났으며, X지역이 낮게 나 타났다. 등지방두께의 경우 P지역, Y지역이 가장 두껍게 나 타났으며, G지역, W지역이 가장 얇게 나타났다. 근내지방도 의 경우 J지역, N지역이 높은 점수를 나타내었고, W지역이 점수가 낮게 나타났다.

    Ha(2009)의 보고에서는 초음파 등지방두께는 춘천지역 과 인제지역이 4.25±0.19㎜, 4.32±0.24㎜로 높은 수치를 나 타냈고, 화천지역의 초음파 등심단면적이 59.11±1.45㎠로 넓게 나타났으며, 초음파 근내지방도는 2.64±0.15점으로 높 게 나타났다. Koo(2007)의 경우 초음파 등지방두께는 경기 지역이 6.12±0.17㎜로 다른 지역보다 초음파 등심단면적의 경우 충북지역이 65.01±0.38㎠로 가장 넓게 나타났으며, 초 음파 근내지방도는 경남지역이 6.20±0.09점으로 높은 수치 를 나타냈다. 지역별로 차이가 나는 이유로는 초음파 측정자 혹은 개체의 차이나 농가의 사양관리방법, 사료영양수준, 측 정두수 등과 같은 여러 외부요인들이 복합적으로 나타나 초 음파측정형질들의 영향을 미치는 것으로 판단되며, 이에 대 한 해결방안을 제시하기 위해서는 다양한 측정조건들을 설 정한 연구가 추가적으로 시행되어야 할 것으로 판단된다.

    3. 유전력

    초음파 측정형질인 등지방두께, 등심단면적, 근내지방도 의 경우 유전력은 각각 0.364, 0.499, 0.104로 추정되었다. Hwang et al.(2014)은 초음파 등심단면적의 유전력이 0.16 으로 본 연구결과보다 낮게 나타났고, 초음파 등지방두께는 0.43으로 높게 나타났으며, 초음파 근내지방도는 0.33으로 높게 나타났다. 본 연구결과와 비교할 경우, 초음파 등지방 두께의 경우 유사한 결과를 나타냈으나 초음파 근내지방도 는 더 높은 유전력을 나타냈다. Roh (2004)은 Bayesian 추론 을 기반으로 Gibbs Sampling을 통하여 측정형질의 유전력을 추정하였는데 등지방두께, 배최장근 단면적, 근내지방도는 각각 0.42, 0.40, 0.54로 나타내었다. 등심단면적과 등지방두 께는 본 연구결과와 유사한 결과를 나타내었으나 근내지방 도에 있어 높게 나타났음을 알 수 있다. Park et al.(2010)은 반복모형을 통해 초음파 등지방두께, 초음파 등심단면적, 초음파 근내지방도의 유전력은 각각 0.38, 0.31, 0.27로 추정 하였다. 또한 등지방두께는 본 연구와 유사한 결과를 나타 냈고, 등심단면적은 낮게 나타났으며 근내지방도는 높게 나 타났음을 알 수 있다. 또한 다형질 개체모형으로도 추정된 유전력은 등지방두께 0.35, 배최장근 단면적 0.75, 근내지방 도 0.04로 나타나 본 연구결과와 상이한 결과를 나타내었다. Lee et al.(2006)은 등지방두께, 등심단면적, 근내지방도의 유전력은 각각 0.17, 0.11, 0.15로 나타났으며, 본 연구결과 보다 낮은 결과를 나타냈다. Miar. et al.(2014)은 등지방두 께, 근내지방도는 0.31, 0.37으로 나타냈다.

    4 유전상관 및 표현형상관

    초음파 측정형질들에 대한 유전 상관과 표현형 상관에 대한 결과는 Table 7에 나타내었다. 초음파 등지방두께와 초음파 근내지방도, 초음파 등심단면적의 유전상관은 각각 0.551, 0.485의 높은 정의 상관관계를 나타내었으며, 초음파 등심단면적과 초음파 근내지방도의 유전상관은 0.466으로 또한 높은 정의 상관관계를 나타내었다. 초음파 등지방두께 와 초음파 근내지방도, 초음파 등심단면적의 표현형상관은 0.49, 0.594로 높은 정의 상관관계를 나타냈으며, 초음파 등 심단면적과 초음파 근내지방도의 표현형상관은 0.514로 높 은 정의 상관관계를 나타냈다. Table 6

    Roh(2004)은 REML방법 및 Gibbs sampling 방법으로 도 체형질간 유전상관을 추정한 결과, REML방법을 이용하였 을 때에 대한 결과로 등심단면적과 등지방두께는 –0.139로 부의 상관을 나타내었고, 근내지방도와는 0.156의 정의 상 관을 나타내었ek. 또한 등지방두께와 근내지방도는 0.238로 정의 상관을 나타내었고, Gibbs sampling 방법의 유전상관 으로는 등심단면적과 등지방두께는 –0.126인 부의 상관을 나타냈고, 등지방두께와 근내지방도는 0.238로 정의 상관을 나타내어 본 연구의 결과와 상이한 결과를 보고하였다. Kim(2012)은 초음파 측정 형질간의 유전상관으로 등지방두 께와 근내지방도, 등심단면적은 0.59, 0.62로 높은 정의 상 관을 나타내었으며, 등지방두께와 근내지방도는 0.73으로 높은 정의 상관을 나타내어 본 연구와 유사하였다. 또한 도 체형질의 유전상관으로 등지방두께와 등심단면적과 근내지 방도의 유전상관은 –0.04, 0으로 낮은 부의 상관을 나타냈 고, 등심단면적과 근내지방도의 유전상관은 0.29로 낮은 정 의 상관을 나타냈다. Choy et al.(2011)은 초음파 등심단면 적과 초음파 등지방두께, 초음파 근내지방도의 유전상관은 0.50, 0.58이었고, 초음파 근내지방도와 초음파 등지방두께 의 유전상관은 0.12 로 보고하였다. 이는 근내지방도와 등 지방두께의 유전상관이 낮게 나타난 것을 제외하고 유사한 결과를 나타냈음을 알 수 있다. Lee et al.(2006)의 경우 등지 방두께와 등심단면적, 등지방두께와 근내지방도, 등심단면 적과 근내지방도의 유전상관은 –0.15, 0.61, 0.06으로 나타 났으며, 연구결과와는 다르게 등심단면적과 등지방두께의 유전상관이 부의 상관관계를 나타냈다. Miar et al.(2014)은 등지방두께와 근내지방도에 대한 유전상관과 표현형상관으 로 0.60, 0.34로 보고하였다. Choi et al.(2006)의 경우 도체 형질간의 유전상관을 나타내어 등지방두께와 등심단면적과 근내지방도간의 유전상관은 각 –0.17, 0.18, 등심단면적과 근내지방도의 유전상관으로 0.12로 전체적으로 낮은 상관 을 나타내어 본 연구와 다른 결과를 나타냈다.

    본 연구 결과 등심단면적, 등지방두께, 근내지방도와 같은 도축해야만 나타나는 형질들은 도축하지 않고도 초음파측정 을 통해 조기판단을 할 수 있어 한우 암소의 사양관리의 지표 로서 활용할 수 있을 것이라 판단된다. 또한 유전모수를 추정 한 결과 유전력이 높게 나타나고 각 형질간 유전상관도 높게 나타났다. 이에 대한 결과를 볼 때, 초음파측정결과를 이용하 여 유전능력평가에 반영이 될 수 있고 한우의 개량에 있어서 기초적인 자료로서 이용이 될 수 있을 것이라 사료된다.

    감사의 글

    이 논문은 2018년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구 재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(No.2018R1A6 A3A01012191).

    Figure

    Table

    Number of tested animals by birth year, measure age, measure year, measure month

    Basic statistics for ultrasound measure measurements traits

    Least-squares means and their standard errors of ultrasound traits by measured year

    Least-squares means and their standard errors of ultrasound traits by measured month

    Least-squares means and their standard errors of ultrasound traits by region

    Estimates of genetic covariance and residual variance and heritability

    Estimates of genetic and phenotypic correlation

    Reference

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