Haplotype은 연관성을 띠면서 함께 유전하는 SNP (Single Nucleotide Polymorphism) 집단을 반영하고 있기 때문에 맞춤의학 분야에서 haplotype기반의 연구 중요성이 지속적으로 급증하고 있다. in silico 방법을 바탕으로 Haplotype 재조합을 위해 현재 가장 널리 사용되는 공개용 리소스 응용소프트웨어로는 PL-EM, Haplotyper, PHASE 및 HAP 등이 있다. PL-EM, Haplotyper 및 PHASE 등은 리눅스와 유닉스 시스템에서 구동되는 명령라인 응용 소프트웨어이고, HAP는 클라이언트-서버 환경에서 웹기반으로 구동되는 소프트웨어이다. 본 논문에서는 실험적으로 검증된 데이터들을 이용하여 공개용 리소스 소프트웨어들의 정확성을 검증하고, 그러한 검증결과를 토대로 선별된 Haplotyper와 PL-EM 등으로 개발한 통합 haplotye 재조합 시스템에 대해 소개하고자 한다. 개발된 통합 시스템은 사용자 친화적 웹 인터페이스를 갖는 클라이언트-서버 시스템으로 최종 사용자들에게 양질의 haplotype 분석 결과를 제공할 수 있다. Haplotyper의 경우 5명의 개체로부터 얻은 길이가 5인 SNP 유전자형 데이터를 가지고 결과를 분석하였고, PL-EM의 경우 15명의 개체로부터 얻은 길이가 13인 SNP 유전자형 데이터를 가지고 결과를 분석하였다. 그 결과 본 시스템은 두 부분으로 나누어 개개인의 haplotype 정보와 haplotype 집단 정보를 이해하기 쉽게 체계적으로 제공하는 것을 확인하였다. 이러한 측면에서 본 시스템은 haplotype 지도 작성을 통한 질병 유전자 발굴 및 맞춤의약 개발 연구에 매우 유용한 도구로 사용될 수 있으리라 여겨진다.
본 연구는 Haplotype 데이터에서 나타나는 별개의 Haplotype의 수를 최소화하는 블록으로 분할하는 방법을 제안한다. Multi-population case인 Haplotype 데이터를 분석하기 위해 패턴의 개수를 최소한으로 줄이는 볼록 분할 방법은 전산학적인 최적해의 의미를 가지게 되며, 이와 더불어 생물학적인 의미를 가지는 블록 경계를 찾기 위해 |D'| 을 계산하고 LD를 분석하였다 분석된 LD는 블록 분할 알고리즘에서 블록 결정 함수로 사용하였으며, 이에 대한 검정은 X$^2$-test를 통해 이루어졌다. 많은 Sample로 구성된 Haplotype 데이터로부터 평균 패턴의 개수를 최소화하고 긴 블록 길이를 가지는 블록 분할의 결과를 얻었다.
본 연구는 미토콘드리아 DNA (mtDNA) cytochrome B (CYTB)와 NADH dehydrogenase subunit 1 (ND1) 유전자 서열의 다형성을 근거로 제주도 큰발윗수염박쥐 집단의 유전적 집단 구조와 계통 유연관계를 조사하는 데 목적이 있다. 동아시아 박쥐에서 CYTB 유전자 haplotype은 14개의 haplotype들이 발견되었고, ND1은 9개의 haplotype 들이 발견되었다. 집단별 haplotype의 분포는 지역-특이적인 양상을 보였다. ND1 haplotype 분석결과에서 제주도 집단은 4개의 haplotype을 나타내고, 한라산 소집단과 서부지역 소집단은 3개 haplotype을 나타내었으나, 동부지역 소집단에서는 제주도 전체에서 공통으로 발견되는 1개(Nd03)의 haplotype만 출현하였다. NJ tree에서 제주도 집단은 강원도 집단보다 일본 집단과 더 근연으로 확인되었다. 중국과 일본의 모계선조 계보 사이의 분화 시점은 0.789±0.063 MYBP으로 추정되었고, 제주도와 일본의 모계선조는 약 17만 년(0.168±0.013 MYBP) 전에 분리된 것 으로 판단된다. 제주도 집단은 적어도 5만 년 이전에 이주한 것으로 보인다. 또한 ND1 haplotype 분석결과는 제주도 집단이 이주 후에도 지역 내에서의 적어도 2회 이상의 유전적 분화를 겪었다는 것을 보여주고 있다. 본 연구 결과는 동아시아 큰발윗수염박쥐의 계통 유연관계를 이해하는 데 중요한 기초자료가 될 것이며, 향후 한반도의 남부와 중국, 러시아 등에서 시료 확보를 통해 집단 간 진화적 상관관계를 이해하는 데 필요한 설득력 있는 자료가 마련되어야 할 것이다.
Many researchers have found that one of the most important characteristics of the structure of linkage disequilibrium is that the human genome can be divided into non-overlapping block partitions in which only a small number of haplotypes are observed. The location and distribution of haplotype blocks can be seen as a population property influenced by population genetic events such as selection, mutation, recombination and population structure. In this study, we investigate the effects of the density of markers relative to the full set of all polymorphisms in the region on the results of haplotype partitioning for five popular haplotype block partition methods: three methods in Haploview (confidence interval, four gamete test, and solid spine), MIG++ implemented in PLINK 1.9 and S-MIG++. We used several experimental datasets obtained by sampling subsets of single nucleotide polymorphism (SNP) markers of chromosome 22 region in the 1000 Genomes Project data and also the HapMap phase 3 data to compare the results of haplotype block partitions by five methods. With decreasing sampling ratio down to 20% of the original SNP markers, the total number of haplotype blocks decreases and the length of haplotype blocks increases for all algorithms. When we examined the marker-independence of the haplotype block locations constructed from the datasets of different density, the results using below 50% of the entire SNP markers were very different from the results using the entire SNP markers. We conclude that the haplotype block construction results should be used and interpreted carefully depending on the selection of markers and the purpose of the study.
최근 국내 오리고기 산업이 점진적으로 증가하고 있으나, 국내에서 생산되고 있는 대부분의 오리 종자는 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이러한 의존도를 낮추기 위해서 국립축산과학원에서는 토종오리 상용화 연구를 시작하였으며, 이에 토종오리 품종 및 개체 식별의 필요성이 대두되었다. 본 연구에서는 토종오리와 백색실용오리가 다른 야생오리 품종과 얼마나 연관되어 있는지를 알아보기 위해 미토콘드리아 DNA의 D-loop control 영역의 염기서열을 이용하여 계통분석을 수행하였다. 그 결과, 토종오리와 백색실용오리는 대부분의 야생오리 품종과는 구분이 잘 되지만, 청둥오리와는 분류가 되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 토종오리와 백색실용오리 품종간의 분류 또한 이들 집단이 다수의 변이와 haplotype을 공유하고 있음을 확인할 수 있었다. 분석 결과, 11개의 염기 변이가 확인되었으며, 이 변이들은 8개 haplotype으로 구성되어 있었다. 이 중 토종오리에서만 확인된 haplotype 2를 제외한 3개의 haplotype(haplotype number 1, 3, 4)에서 토종오리와 백색실용오리가 동일한 haplotype을 가진 반면, haplotype 5, 6, 7, 8은 백색실용오리에서만 확인되었다. 이상의 결과를 바탕으로 D-loop control 영역은 토종오리와 야생오리의 품종 구분을 위한 기초 자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
국내 4개 지역으로부터 채집된 배추좀나방(Plutella xylostella)의 미토콘드리아 DNA중 COI 유전자 일부 (438 bp)의 염기서열을 결정, 유전적 다양도 및 유전자 이동정도를 파악함으로써 집단 유전적 구조 및 특성에 대하여 연구하였다. 총 21개체로부터 13개의 mtDNA haplotype을 얻었으며 이들의 변이는 0.3~1.4%로 다른 곤충을 대상으로 한 유사연구와 비슷한 크기를 나타내었으며 haplotype 다양도는 매우 높았다(평균 h=0.81). 지리적으로 먼 제주도의 개체군과 경남 김해 두 지역(11km 거리)의 개체군을 비교한 결과, 통계적으로 유의한 정도의 유전적 격리(p<0.05%)는 전혀 관찰되지 않았으며, 대신 상당한 정도의 세대당 암컷 이동률(Nm=2-30)을 보였다. 또한 GenBank에 등록된 하와이의 배추좀나방 haplotype은 본 연구에서 얻은 것들과 유전적으로 흡사하였다. 종합적으로, 국내 배추좀나방은 전체적으로는 많은 haplotype수에 기인한 적절한 크기의 유전적 분화율을 보유하고 있으며 국지적으로는 상당한 이동력에 의한 장거리 이동으로 개체군내 높은 haplotype 다양도를 보이며 동시에 지역간의 유전적 유사성을 나타낸다고 요약되었다.
국내 소나무 19개 집단을 대상으로 cpSSR 표지자 분석을 통해서 관찰된 28개 변이체로부터 총 167개의 독특한 haplotype이 확인되었고, 동일한 haplotype을 보인 13개체가 10집단에 고르게 분포하였으며, 각 집단에서 관찰된 유효 haplotype의 수는 평균 13.37개로 나타났다. cpSSR haplotype의 집단내 다양도(He)는 0.987로 계산되어 기존의 임목을 대상으로 한 연구에서 보고된 수치와 유사하거나 약간 높은 수치를 보였다. 각 haplotype을 구성하고 있는 cpSSR 변이체를 대상으로 각 집단에서의 다양성(S.I.)을 계산한 결과 강원도 영월집단이 1.109로 계산되어 가장 높은 수치를 보였으며, 경북 문경집단이 0.411로 가장 낮은 수치를 보였다(평균 0.887), 관찰된 cpSSR 변이체들의 대부분이 19개 집단에 공통적으로 존재하는 것으로 나타났으며(97.62%), 집단간에 cpSSR 변이체 분화는 미약한 것으로 나타났는데(${\Phi}_{ST}=0.024$) cpSSR 표지자의 높은 돌연변이 발생빈도가 주요 원인인 것으로 추정된다. 반면에 비교 가능한 173개 집단 쌍 간에 동일한 haplotype이 전혀 존재하지 않는 집단 쌍이 39쌍으로 나타나 집단간의 유전적 유연관계에 대한 직접적인 비교가 불가능했으며, 따라서 분석된 19개 집단간에 유전적 교류가 자유롭게 일어나지 않는 것으로 나타났다. cpSSR 표지자 변이체의 분포양상과 기존의 I-SSR 표지자 변이체의 분포양상을 비교 고찰해 볼 때 국내 소나무 유전자원의 효율적인 관리를 위해서는 분석된 소나무 집단의 현재 위치 정보와 유전정보가 함께 고려되어야할 것으로 생각된다.
멸종위기종인 남한산 상제나비의 28년 된 장기 건조표본을 이용하여 DNA 바코드 염기 서열을 최초로 분석하고, 이를 유라시아 10 지역 개체군 36개체들과 COI 특성을 비교해 보았다. 이들 개체군에서 총 5개의 haplotype을 확인하였고, haplotype I은 75%로 가장 높은 빈도를 나타내었으며, 유라시아 전 지역에 광범위하게 분포하고 있음을 확인하였다. 남한산 개체들은 모두 haplotype I에 속하고 있어 COI 유전자 상에서는 지역 고립성이 없는 것으로 밝혀졌다. 이 결과로 추후 남한산 상제나비 보전 및 복원은 타 지역 개체군 중 동일 haplotype 선별이 필수 요건으로 판단되나, 좀 더 정교한 평가를 위해서는 추가적인 마커를 이용한 분석이 필요할 것으로 제안한다.
한국산 총알고둥(Littorina brevicula)의 지리적 변이를 조사하기 위하여 동해안, 남해안, 서해안에서 총 11개 집단 106개체를 대상으로 미토콘드리아 DNA cytochrome b 유전자의 염기서열을 분석하였으며, 분석 결과 총 500 bp의 염기서열을 검출하였다 검출된 염기서열을 대상으로 염기치환 유무 및 치환 장소를 비교한 결과 13종류의 haplotype으로 구분되었으며, 그 중 LbA가 주 haplotype으로 나타났다. LbA의 평균 출현빈도는 0.877이었으며, 동해안은 0.82, 남해안 0.70, 서해안 1.00으로 각각 나타나 동해안 집단이 타 집단에 비해 haplotype의 다양성이 더 높았다. 특히 오염지역과 비오염지 역간의 비교에서는 8종류의 haplotype이 구분되었으며, 역시 LbA가 주 haplotype으로 나타났다.
Research of basis technology to construct the human haplotype map is one of active areas in SNP post-genomics research. Identification of haplotype block structure from haplotype data is key step in the haplotype map project. Several algorithms have been proposed for the block identification, including the greedy algorithm, and the dynamic programming based algorithm. This paper analyzed block partitioning method of several algorithm which has been proposed in recent years. HapBlock and HaploBlockFinder are programs used in our experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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