Study on Genetic Evaluation using Genomic Information in Animal Breeding - Simulation Study for Estimation of Marker Effects

This simulation study was performed to investigate the accuracy of the estimated breeding value by using genomic information (GEBV) by way of Bayesian framework. Genomic information by way of single nucleotide polymorphism (SNP) from a chromosome with length of 100cM were simulated with different marker distance (0.1cM, 0.5cM), heritabilities (0.1, 0.5) and half sibs families (20 heads, 4 heads). For generating the simulated population in which animals were inferred to genomic polymorphism, we assumed that the number of quantitative trait loci (QTL) were equal with the number of no effect markers. The positions of markers and QTLs were located with even and scatter distances, respectively. The accuracies of estimated breeding values by way of indicating correlations between true and estimated breeding values were compared on several cases of marker distances, heritabilities and family sizes. The accuracies of breeding values on animals only having genomic information were 0.87 and 0.81 in marker distances of 0.1cM and 0.5cM, respectively. These accuracies were shown to be influenced by heritabilities (0.87 at $h^2$ =0.10, 0.94 at $h^2$ =0.50). According to half sibs' family size, these accuracies were 0.87 and 0.84 in family size of 20 and 4, respectively. As half sibs family size is high, accuracy of breeding appeared high. Based on the results of this study it is concluded that the amount of marker information, heritability and family size would influence the accuracy of the estimated breeding values in genomic selection methodology for animal breeding.

가축 유전체정보 활용 종축 유전능력 평가 연구 - 표지인자 효과 추정 모의실험

연구는 유전체분석에 대해 모의실험한 연구로써 Reference Population (RP)이 구성되었을 때, 표현형 자료가 없고 유전체자료만 있는 Juven 1 또는 Juven 2 세대에 대해 유전평가의 정확도에 대해 알아보고자 연구를 실시하였다. 모의실험의 가정으로 염색체는 1개이며 염색체길이는 100cM로 가정하였다. 초기의 유효집단의 수는 100두의 다형성이 없는 초기집단에서 유전자 효과가 없는 표지인자(Marker)를 0.1cM 및 0.5cM 간격으로 균등하게 단일 염기 돌연변이에 의한 다형성을 발생시켰고 유전자 효과가 있는 QTL 좌위는 Marker와 동수의 비율로 임의위치를 지정하여 돌연변이에 의한 변이성을 생성하였으며 이때 유전자 효과는 Gamma 분포함수(scale=1.66, shape=0.4)에서 생성하였다. 배우자(gamete) 형성과정에서 Haldane의 가정하에 유전자 재조합을 생성하였으며 돌연변이 발생율은 Marker 및 QTL 좌위에서 $2.5{\times}10^{-3}$ 및 $2.5{\times}10^{-5}$의 확률로 발생시켜 1000세대까지 세대번식을 유지하였다. 이 후 1001세대부터 1004세대까지 세대당 2000두의 자손을 생성하였으며 이 때 유전력을 0.1 및 0.5의 가정하에 1001~1002 세대에서 표현형 자료를 생성하였고, 1003~1004세대는 오직 유전체자료만 생성하였다. Bayesian 방법을 이용하여 개체별 육종가를 추정하였으며 표지인자간 거리(0.1cM, 0.5cM), 유전력(0.1, 0.5) 및 반형매 집단크기(20두, 4두)에 따라 참육종가와 추정 육종가간의 상관으로 표현되는 육종가 정확도에 대해 비교한 결과 1003세 대에서 표지인자간 거리가 0.1cM 및 0.5cM일 때 육종가의 정확도는 각각 0.87, 0.81였고, 유전력이 0.1 및 0.5 일 때 각각 0.87, 0.94로 추정되었으며, 반형매 집단의 크기가 20두 일 때 0.87, 4두 일 때 0.84로 추정되었다. 위의 결과로 미루어 보아 다량의 SNP 표지정보 및 반형매 집단의 크기가 클수록 즉, 혈연계수가 높은 집단일 때 육종가의 정확도는 높게 나타났다. 유전체선발의 활용시 비교적 높은 정확도로써 조기선발이 가능하며 이로 인한 세대간격을 단축시킬 수 있어 개량의 효율을 높일 수 있을 것으로 사료된다. 반면에 유전체선발은 분석비용이 비싸며, 지속적인 유전체 선발시 특정유전자 선호로 인한 유전적 부동(Genetic Drift) 현상이 발생될 수 있기 때문에 지속적인 SNP 발굴에 대한 노력이 필요한(Meuwissen 2003) 단점이 있으나 한우 또는 젖소와 같은 대가축과 같이 세대간격이 긴 가축에서 유전체선발 할 경우 조기선발로 인한 세대간격 단축과 유전평가의 높은 정확도(0.8이상)로 인해 개량의 효율을 극대화 할 수 있을 것으로 사료된다.