The aim of the present study was to identify coat color associated genes that are differentially expressed in mature Korean brindle cattle (KBC) with different coat colors and in Hanwoo cows. KBC calves, before and after coat color appearance, were included. Total cellular RNA was isolated from the tail hair cells and used for microarray. The number of expressed coat color associated genes/probes was 5813 in mature KBC and Hanwoo cows. Among the expressed coat color associated genes/probes, 167 genes were the coat color associated genes listed in the Gene card database and 125 genes were the pigment and melanocyte genes listed in the Gene ontology_bovine database. There were 23 genes/probes commonly listed in both databases and their expressions were further studied. Out of the 23 genes/probes, MLPH, PMEL, TYR and TYRP1 genes were expressed at least two fold higher (p<0.01) levels in KBC with brindle color than either Hanwoo or KBC with brown color. TYRP1 expression was 22.96 or 19.89 fold higher (p<0.01) in KBC with brindle color than either Hanwoo or KBC with brown color, respectively, which was the biggest fold difference. The hierarchical clustering analysis indicated that MLPH, PMEL, TYR and TYRP1 were the highly expressed genes in mature cattle. There were only a few genes differentially expressed after coat color appearance in KBC calves. Studies on the regulation and mechanism of gene expression of highly expressed genes would be next steps to better understand coat color determination and to improve brindle coat color appearance in KBC.
본 연구는 제주마 집단의 모색유전자 분포 특성 및 세대별 모색 유전자 변화 양상을 분석하기 위해 제주특별자치도에서 관리하는 제주마, 1,462두에 대한 모색 관련 유전자인 MC1R, ASIP, ECA3-inversion, STX17을 분석하였다. 흑모색과 관련된 MC1R 유전자의 $E^+/E^+$와 $E^+/E^e$ 유전자형 빈도는 각각 0.122와 0.447로 조사되었고, 적색(chestnut) 유전자형인 $E^e/E^e$ 유전자형 빈도는 0.429로 확인되었다. ASIP 유전자의 $A^A/A^A$, $A^A/A^a$ 및 $A^a/A^a$ 유전자형 빈도는 각각 0.46, 0.448, 0.091로 확인되어 $A^a/A^a$ 유전자형 빈도가 낮았다. 토비아노(Tobiano) 형태를 발현하는 To/To와 +/To 유전자형은 각각 0.001과 0.119로 토비아노 형태의 모색은 12%를 점유하고 있었다. 회색 모색과 관련된 STX17의 G/G와 G/g 유전자형의 빈도는 각각 0.002와 0.680로 나타나 제주마 집단에 회색마는 68.2%를 점유하였다. 세대별 모색 변화는 MC1R, ASIP 유전자에서는 큰 변화를 확인할 수 없었다. ECA3-inversion에서는 토비아노를 발현하는 To allele은 세대변화에 따라 유의적으로 감소하였고(p<0.05), 회색 모색과 관련된 STX17 G allele은 세대변화에 따라 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 본 연구결과, 제주마 집단의 모색 다양성을 유지하기 위해서는 종마 선정 단계에 모색 유전자의 검토가 필요한 것으로 사료되었다.
The purpose of this study is to expression pattern of melanogenesis associate genes on cultured melanocyte layer cells in Korean Brindle Cattle(Dark, Brindle and Yellow) were analyzed to evaluate the effects of sex hormones on the control of melanogenesis pathways. Korean Brindle Cattle(Dark, Brindle and Yellow) melanocyte in the skin cells was collected. after the addition of estrogen and testosterone, the culture was analyzed for expression of cell activity and melanin genes for 72 hours. For the analysis of estrogen in different coat color other than the melanogenesis-related genes it is increasingly yellow showed low expression. in particular, the cells of the brindle coat color is low active and expression of genes. However, the testosterone was low, the expression of cell activity inhibiting MMP-2. the expression of melanin genes actually showed a tendency to increase gradually, which is testosterone compared with the estrogen to be considered that affect the skin cell layer brindle coat color. In this study, stimulation with estrogen triggered the inhibition of MC1R of the melanocyte in brindle coat color, but testosterone is induced MC1R in melanocyte. Therefore, considered the eumelanin or phaeomelanin activation are controlled caused by differential expression of sex hormones on melanocyte in Korean Brindle Cattle.
The aim of this study was to determine the relationship between the coat color appearance of Korean brindle cattle and the changes of relevant hormone levels that may affect the hair pigmentation during different stages of growth and maturation. In mature cattle, levels of both ACTH and DHEA in Korean brindle cattle with brown color were significantly higher than those with black color (p<0.05). Levels of ${\alpha}$-MSH in Korean brindle cattle with whole brindle ($${\geq_-}50%$$) color were significantly higher than those with brown color (p<0.05). In calves of Korean brindle cattle at 2 to 6 months, the concentration of estradiol was significantly higher in calves with whole brindle color than those with part brindle color (p<0.05), when the coat color was confirmed. After 6 month of coat color confirmation, levels of testosterone and ACTH increased in calves with part brindle color and were significantly higher than those with whole brindle color (p<0.05). In calves of Korean brindle cattle at 1 or 2 months, there were no significant differences in hormone levels of estradiol, ACTH, DHEA and ${\alpha}$-MSH between the calves with brindle color and brown color, except estradiol before brindle color appearance. Changes of relevant hormone levels at different stage of growth and maturation may affect the pigmentation of coat during the development of cattle. In addition to the current study correlating the different coat colors with relevant hormone levels, investigation of the coat color associated genes expressed in Korean brindle cattle may further clarify the mechanisms of coat color changes during their development.
Objective: This study aimed to investigate the significant single nucleotide polymorphisms (SNPs) and genes associated with nine reproduction and morphological traits in three breed populations of Chinese goats. Methods: The genome-wide association of nine reproduction and morphological traits (litter size, nipple number, wattle, skin color, coat color, black dorsal line, beard, beard length, and hind leg hair) were analyzed in three Chinese native goat breeds (n = 336) using an Illumina Goat SNP50 Beadchip. Results: A total of 17 genome-wide or chromosome-wide significant SNPs associated with one reproduction trait (litter size) and six morphological traits (wattle, coat color, black dorsal line, beard, beard length, and hind leg hair) were identified in three Chinese native goat breeds, and the candidate genes were annotated. The significant SNPs and corresponding putative candidate genes for each trait are as follows: two SNPs located on chromosomes 6 (CSN3) and 24 (TCF4) for litter size trait; two SNPs located on chromosome 9 (KATNA1) and 1 (UBASH3A) for wattle trait; three SNPs located on chromosome 26 (SORCS3), 24 (DYM), and 20 (PDE4D) for coat color trait; two SNPs located on chromosome 18 (TCF25) and 15 (CLMP) for black dorsal line trait; four SNPs located on chromosome 8, 2 (PAX3), 5 (PIK3C2G), and 28 (PLA2G12B and OIT3) for beard trait; one SNP located on chromosome 18 (KCNG4) for beard length trait; three SNPs located on chromosome 17 (GLRB and GRIA2), 28 (PGBD5), and 4 for hind leg hair trait. In contrast, there were no SNPs identified for nipple number and skin color. Conclusion: The significant SNPs or genes identified in this study provided novel insights into the genetic mechanism underlying important reproduction and morphological traits of three local goat breeds in Southern China as well as further potential applications for breeding goats.
본 연구는 한우의 모색발현에 정확히 어떤 유전자가 어떤 유전기작에 의해 관여하고 있는가를 규명하고자 황갈색의 모색을 지닌 한우와 검정모색을 지닌 홀스타인과의 교배를 통해 만든 F2집단의 DNA를 이용하여, MC1R, ASIP 및 TYRP1 유전자형과 한우모색 발현양상을 연관분석 하였으며, 또 한우 집단내에서의 이들 유전자형 빈도를 조사하여 황갈색 한우모색 다양성과 후보유전자 변이의 연관성연구에 필요한 정보를 제공하고자 하였다. MC1R 유전자의 경우 황갈색을 지닌 3두의 유전자형은 모두 e/e 형으로 밝혀졌으며, 검정모색을 지니고 태어난 나머지 3두의 두 좌위에서의 유전자형은 ED/e임을 확인하였는데 황갈색과 검정모색의 비율이 1:1로 나온다는 것은 MC1R 단일유전자가 한우의 모색에 중요한 영향을 미치는 것으로 사료된다. MC1R 이외의 모색발현에 영향을 줄 수 있는 ASIP와 TYRP1 유전자들은 F2 집단에서 염기서열을 분석한 결과 이들 유전자들이 한우 황갈색모색에 주된 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 하지만 TYRP1 유전자에서 발견된 329번 (Glu329Lys) 아미노산 변이는 TYRP1 단백질의 구조와 화학적 성질에 영향을 줄 수 있는 것으로 사료되어 한우집단에서 황갈색바탕의 모색변이에 영향을 줄 수 있는지에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.
The difference in the breeding programs and population history may have diversely shaped the genomes of Korean native cattle breeds. In the absence of phenotypic data, comparisons of breeds that have been subjected to different selective pressures can aid to identify genomic regions and genes controlling qualitative and complex traits. In this study to decipher genetic variation and identify evidence of divergent selection, 3 Korean cattle breeds were genotyped using the recently developed high-density GeneSeek Genomic Profiler F250 (GGP-F250) array. The three Korean cattle breeds clustered according to their coat color phenotypes and breeding programs. The Heugu breed reliably showed smaller effective population size at all generations considered. Across the autosomal chromosomes, 113 and 83 annotated genes were identified from Hanwoo-Chikso and Hanwoo-Heugu comparisons, respectively of which 16 genes were shared between the two pairwise comparisons. The most important signals of selection were detected on bovine chromosomes 14 (24.39-25.13 Mb) and 18 (13.34-15.07 Mb), containing genes related to body size, and coat color (XKR4, LYN, PLAG1, SDR16C5, TMEM68, CDH15, MC1R, and GALNS). Some of the candidate genes are also associated with meat quality traits (ACSF3, EIF2B1, BANP, APCDD1, and GALM) and harbor quantitative trait locus (QTL) for beef production traits. Further functional analysis revealed that the candidate genes (DBI, ACSF3, HINT2, GBA2, AGPAT5, SCAP, ELP6, APOB, and RBL1) were involved in gene ontology (GO) terms relevant to meat quality including fatty acid oxidation, biosynthesis, and lipid storage. Candidate genes previously known to affect beef production and quality traits could be used in the beef cattle selection strategies.
The objective of this study was to determine the effect of the MC1R genotypes of the Chikso (Korean brindle cattle) sires on the coat colors of their offspring. In this study, 15 Chikso sires with known MC1R genotypes were used for breeding in the Gangwon Province Livestock Research Center, the Chungbuk Institute of Livestock and Veterinary Research, and the Livestock Experiment Station, Jeonbuk Institute of Livestock and Veterinary Research from either 2011 or 2012 to 2013. There were 6 sires with $E^+E^+$ genotypes and 9 sires with $E^+e$ genotypes, and their coat colors were all whole brindle (more than 50 of the body). Among the 90 calves produced in 2011~2013 or 2012~2013 from the 15 sires, 50 (55.6%) of them were females and 40 (44.4%) of them were males. Coat colors of the offspring were determined when they reached over 6 months of age. Calves with whole brindle, part brindle, brown and black coat colors were 42 (48.3%), 11 (12.6%), 18 (20.7%) and 16 (18.4%), respectively. Ratio of calves with whole brindle coat color was higher than any other coat colors. Among the offspring with whole brindle color, 20 (41.7%) calves were female and 22 (51.3%) calves were male. By determining the MC1R genotypes of the dams and calves in this study along the family lines, and investigating other genes that may be involved in the coat colors of the Chikso, better breeding system may be established to increase the brindle coat color appearance in the future.
본 연구는 축우의 모색발현에 관여하는 MC1R, MGF 및 TYRP1 3종류의 모색 유전자의 PCR-RFLP marker를 이용하여 쇠고기 품종 판별기술을 개발하고자 수행하였다. MC1R 유전자의 104번째 아미노산을 지정하는 codon에 GGT 염기를 갖고 있는 Holstein 젖소와 Angus 육우는 제한효소 인지부위가 존재하여 537 bp증폭산물이 절단되어 329와 208bp 두개의 band가 검출되었으나 한우에서는 GTG로 G 염기가 T염기로 치환됨으로써 제한효소 인식부위가 소실되어 537 bp의 단일 bind 만이 검출되었다. 따라서, 이처럼 MC1R 모색유전자의 품종 간 특정 염기서열의 차이가 곧 특정 제한효소의 염기 서열상의 인지 부위 차이를 가져와 한우와 Holstein 젖소 및 Angus 육우 품종간의 RFLP 유전자형 출현에 확실한 차이가 인정되어 한우 품종에 특이적인 MC1R 유전자의 RFLP marker를 이용한 한우육 판별이 가능하였다. 또한, MGF 유전자의 RFLP 유전자형 출현빈도에서 한우는 r/r형이 75%로 출현율이 매우 높은 유전자형으로 분석된 반면 Hereford종은 R/R 형이 80%로 출현율이 매우 높았고 Holstein종과 Angus종은 R/r형이 100% 출현함으로써 한우와 Holstein 및 수입육우 품종간의 MGF 유전자형 출현빈도에 뚜렷한 차이가 인정되었다. 한편, TYRP1 유전자의 RFLP유전자형을 분석한 결과 모든 품종에서 동일한 RFLP type이 검출되어 TYRP1 모색 유전자를 이용한 쇠고기 품종 구별은 불가능한 것으로 나타났다. 따라서, 소 모색 관련 MC1R과 MGF 두 유전자의 품종 특이적 PCR-RFLP 유전자형은 한우육과 국내산 Holstein젖소고기 및 Angus 수입육간의 품종을 식별하는데 매우 유용한 DNA marker로 이용될 수 있음이 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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