Strategies for Molecular Selective Breeding Using Genetic Marker in Nile Tilapia (Oreochromis niloticus)

Abstract

이 연구는 나일 틸라피아 (Oreochromis niloticus)의 체중과 단일염기 다형성 (single nucleotide polymorphisms, SNPs)의 상관관계의 조사로부터 마커 보조 선발을 사용하여 틸라피아 육종 프로그램에 사용할 유전자 마커 키트를 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위하여, 나일 틸라피아의 근육 성장률과 관련이 있는 마이오제닌 (myogenin, MyoG)과 마이오스타틴 (myostatin, MSTN) 유전자에 초점을 맞춰 연구를 진행하였다. 먼저, 장항 양식장의 나일 틸라피아 샘플들을 수집하여 각 개체의 성별과 체중별로 분류했으며, 이들 유전자의 특정 영역에서 프로모터 영역 (promoter region), 5'-UTR (5'-Untranslated Region), 그리고3'-UTR (3'-Untranslated Region) 등에 초점을 맞췄다. 이를 위하여, 게놈 DNA를 추출, PCR 증폭, 염기서열 시퀀싱 및 염기서열 정렬 그리고 뉴클레오티드 변이 스크리닝(screening of nucleotide variations)을 통하여 MyoG 유전자에서 여러 개의 SNPs와 MyoG 유전자의 3'-UTR 영역에서 1개의 염기서열 삽입(nucleotide insertion)을 발견하였고, 그리고MSTN 유전자의 엑손-1 영역(exon-1 region)에서 하나의 염기서열 삽입과 2개의 SNPs를 발견하였다. 통계 및 주성분 분석(principal component analyses, PCA)에 따르면 두 유전자의 효과적인 유전자형 블록(genotype blocks)은 체중 특성과 유의미한 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 이로부터, MyoG 및 MSTN 유전자로부터 6개의 SNPs를 사용하여 나일 틸라피아의 유전자형 판별을 위한 유전자 마커 키트를 구성하였다. 이들 SNPs를 구별하기 위해 이 키트는 각 SNP에 맞게 설계된 프라이머와 프로브가 포함된 정량적 PCR(quantitative PCR, qPCR)을 사용했다. 그리고qPCR 방법은 유전자형을 구별하기 위해 대립 유전자 간의 사이클 임계값(cycle threshold, Ct) 또는 용융 온도(melt temperature, Tm) 값의 차이에 의하여 구별되었다. 이 분석법은 단일 반응에서 여러 SNP들을 사용하여 나일 틸라피아의 유전자형을 분석할 수 있는 가장 간단하고, 저렴하며, 또한 효율적인 방법이다. 따라서, 이 방법은 전반적인 이 연구의 결과로부터 확인된 SNP들이 체중 향상을 목표로하는 나일 틸라피아 사육 프로그램의 유전적 마커 보조 선택에 유용할 수 있음을 나타내며, 이러한 선택적 유전자 마커의 SNP들을 이용한 방법은 다른 양식 어종의 분자적 선택 육종에도 쉽게 사용 및 적용할 수 있는 방법으로 기대한다. |This thesis aimed to investigate the relationship between body weight and single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and create a genetic marker kit for use in tilapia breeding programs using marker-assisted selection. The researchers concentrated on the myogenin and myostatin genes, which have previously been linked to fish muscle growth rates. JangHang fish farm samples were collected and sorted by sex and body weight. The research focused on specific regions of each gene, such as the promoter, 5' untranslated region (UTR), and 3'-UTR.Genomic DNA was extracted, amplified, sequenced, aligned, and screened for nucleotide variations, resulting in the discovery of several SNPs and one insertion in the 3'-UTR region of the MyoG gene and the insertion and two SNPs in the Exon 1 region of the MSTN gene. According to statistical and principal component analyses, effective genotype blocks in both genes were significantly correlated with body weight traits. Using six SNPs in the MyoG and MSTN genes, the researchers created a genetic marker kit for genotyping Nile tilapia. To differentiate SNPs, the kit used quantitative PCR (qPCR), with primers and probes designed for each SNP. The qPCR method detected differences in cycle thresholds (Ct) or melting temperatures (Tm) values between alleles to differentiate genotypes. The assays were developed to provide a simple, low-cost, and efficient method for genotyping Nile tilapia using multiple SNPs in a single reaction. The method could be adapted for use in other aquaculture species. Overall, the results of this study indicate that the identified SNPs could be useful in marker-assisted selection for tilapia breeding programs aiming to improve body weight. Further research could look into how these SNPs could be used in other aquaculture species.