한국토종닭 5품종의 생산능력 및 스트레스 반응 정도

입식 후부터 60주령까지 매일의 생존수와 폐사수를 기록하고, 육성기(0~12주), 성장기(13~20주) 및 산란기(21~60주)로 구분하여 측정한 후 이들의 평균 생존율을 계산하였다.

시험계 전체를 대상으로 육성 기간 동안에는 0주령, 4주령, 8주령 및 12주령에 측정하고, 20주령 이후 산란 기간 동안에는 매 10주 간격으로 개체 전수에 대한 체중을 측정하였다.

초산일령은 계군 별 시산 이후 집단의 누적 산란율이 50%에 도달할 때까지의 평균 일수로 측정하였다. 산란율(Hen-day egg production)은 22주령부터 50주까지 매 주령 별 산란수 대비 생존수로 주령별 산란율을 계산하고, 동 기간 동안 모든 주령의 산란율에 대한 평균값을 산출하였다. 난중은 32주령 때 동일 날짜에 산란한 계란 전체(품종별 약 40여 개)를 대상으로 각 계란의 무게를 측정하고, 이의 평균값으로 계산하였다.

텔로미어 함량 분석은 12주령 및 45주령에 공시된 모든 개체의 익 정맥에서 채혈한 혈액으로부터 시료를 분리하여 이용하였다. 닭의 텔로미어 함량 분석은 혈액 내 백혈구 세포를 대상으로 Cho et al.(2019)이 제시한 형광접합보인법(Fluorescence in situ Hybridization)과 동일하게 시행하였다. 처리를 마친 표본은 propidium iodide solution(Sigma Chem., St Louis, MO, USA)으로 염색하고, 적녹 파장대의 필터가 부착된 형광현미경(Model AX-70, Olympus, Tokyo, Japan)을 이용하여 간기 상태의 핵을 관찰한 후 개체 별 100개의 상을 디지털 카메라(Model DP-70, Olympus, Tokyo, Japan)로 촬영하였다. 촬영한 표본은 이미지 분석프로그램(MetaMorph^®, UIC, Pennsylvania, USA)을 이용하여 텔로미어의 함량을 측정하고 분석하였다.

개체의 heterophil-lymphocyte의 비율(H/L ratio) 측정을 위한 표본 제작은 12주령에 공시된 개체들의 혈액 내 백혈구 세포를 대상으로 하였고, 분석은 Jeong et al.(2020)이 제시한 방법과 동일하게 하였다. 처리된 표본은 25% Giemsa stain solution(Sigma Chem., St Louis, MO, USA)으로 염색한 후 광학현미경(Model BX-50, Olympus, Tokyo, Japan)을 이용하여 단위 면적당 heterophil과 lymphocyte 수를 측정하였다(obj. ×40).

열충격단백질(heat shock proteins; HSPs) 유전자 발현율 분석을 위해 12주령 개체의 혈액으로부터 RNA를 추출한 후 cDNA를 합성하였다. HSPs 분석은 HSP-70, HSP-90α 및 HSP-90β 유전자를 대상으로 이의 발현율을 분석하였다. 본 분석에 사용한 primers와 Real-time PCR을 이용한 Q-PCR의 방법은 Jeong et al.(2020)의 방법과 동일하게 시행하였다. HSPs의 Tm값은 LightCycler^® 480 software v1.5(Roche Diagnostics, GmbH, Mannheim, Germany)를 이용하여 분석하고, 각 유전자들의 상대적 정량 값은 Livak and Schmittgen (2001)이 제시한 2^−ΔΔCt방법으로 분석하였다.

공시한 토종닭 5품종에 대한 60주령까지의 평균생존율은 Table 1과 같다. 또한, 품종 간 생존율을 육성기(0~12주), 성장기(13~20주) 및 산란기(21~60주)로 구분하여 기간별 생존율 비교를 Fig. 1에 제시하였다. 분석 결과, 공시한 토종닭 5품종의 평균생존율은 95% 정도로 비교적 높은 생존능력을 보이고, 품종 간 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나 기간별 생존율에 있어서 한국오계가 육성기 및 산란기에 상대적으로 낮은 생존율을 보이고, 토착코니시종이 산란기 동안 가장 낮은 생존율을 나타내었다. 한국토종닭의 육성기 및 산란기 생존율의 경우 기존의 연구들과 거의 유사한 결과들을 보이고 있으며(Kang et al., 1997; Kim et al., 1998; Kim et al., 2014), 이들 중 한국오계 및 토착코니시종은 본 연구 결과보다 다소 낮은 생존율을 보고하고 있다(Han, 1996; Kim et al., 2019a). 이상의 결과들을 종합할 때, 한국오계의 육성기 생존율과 토착코니시종의 산란기 생존율이 다소 저조한 것을 제외하고, 토착로드종, 토착레그혼종 및 재래황갈종은 국내 환경에 적응된 생존율이 우수한 강건 품종으로 고정되었다고 판단된다.

Fig. 1. Survival rates at brooding, growing and laying period in the 5 Korean native chicken breeds.

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토종닭 5품종에 대한 발생시, 8주령, 20주령 및 40주령의 암수 체중을 Table 2에 제시하였고, 발생시부터 50주령까지 품종별 체중의 변화 양상을 Fig. 2에 나타내었다. 분석 결과, 전체 사육 기간 동안 품종 간 체중의 유의한 차이를 보였는데(P<0.01), 토착코니시종이 모든 주령에서 다른 종들에 비해 월등히 높은 체중을 나타내었고, 육성기 이후 토착로드종, 재래황갈종, 한국오계 및 토착레그혼종의 순으로 낮게 나타났다. 품종별 성장 양상은 모든 종이 거의 비슷한 성장곡선을 보이는데, 20주까지는 급격한 체중 증가를 보이다가 이후 50주까지 완만한 증가 혹은 정체되는 양상을 나타내었다. 모든 품종에서 주령이 증가함에 따라 암수 간 체중 차이가 증가되는 양상을 보이는데 8주령에 수컷이 암컷에 비해 평균 1.16배 정도이던 것이 40주령에서는 1.25배 정도로 증가되었으며, 특히 토착로드종과 토착코니시종의 암수 간 체중 차이의 증가가 두드러졌다. 동일 종의 집단 내 개체간 체중의 변이는 모든 품종에서 암수 공히 CV(coefficient of variance)값이 10 내외로 매우 양호한 집단의 균일도를 나타내어 품종별 유전적 고정이 어느 정도 이루어졌음을 시사한다. 이들 품종의 체중에 대한 이전 연구 결과들을 살펴보면 재래황갈종의 경우 8주 체중은 551 g, 20주 체중은 1,410 g(Sang et al., 2003; Kim et al., 2012), 토착레그혼종의 8주 체중은 540~650 g, 20주는 1,490~1,610 g이고(Kim et al., 2014, 2015), 토착로드종은 8주 652 g, 20주 1,766 g으로 보고하고 있다(Kang et al., 1997). 한편, 한국오계는 8주에 수컷은 659 g, 암컷은 588 g이고(Han, 1996), 토착코니시종은 8주와 20주의 수컷 체중은 1,475 g과 3,798 g이며, 암컷은 1,293 g과 2,704 g으로 보고하였다(Kim et al., 2019a). 이러한 결과들은 본 연구 결과와 거의 일치되는 양상이긴 하나, 이들 보고들에 비해 다소 높은 체중을 보이는데, 이는 본 연구에 공시된 토종닭들이 1992년 수집된 이래 지속적인 선발의 결과로 해석된다.

Fig. 2. Change in body weights from hatching to 50 wks in the 5 Korean native chicken breeds.

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5품종의 토종닭에 대한 초산일령, 산란율 및 난중을 Table 1에 제시하였다. 계군 별 집단의 산란율이 50%에 도달할 때까지의 평균 일수를 초산일령으로 측정한 바 품종 간 유의한 차이가 나타났으며(P<0.05), 토착레그혼종이 120일로 가장 빨랐고 토착코니시종이 143일로 가장 늦었다. 이는 토착레그혼종의 경우 산란계종으로 육성된 종이고, 토착코니시종의 경우 육용계종으로 육성된 종임에 따라 조숙과 만숙의 차이로 해석된다. 반면, 재래황갈종과 토착로드종의 비교시 재래황갈종이 다소 빠른 초산일령을 보이나, 전체 산란지수는 로드종에 비해 낮은 성적을 나타내었다. 토종닭들의 시산일령에 대한 보고로 재래황갈종은 145~156일, 토착로드종과 한국오계는 150일 및 171일로 모두 본 연구 결과보다 늦은 시산일령들을 제시하고 있다(Kim et al., 2010; Kim et al., 2015). 이는 초산일령 측정방법의 차이 및 사육환경의 차이에 기인된 것으로 사료되나, 산란 능력에 대한 지속적 선발에 따라 점진적으로 매년 초산시기가 빨라지고 있다(Kim et al., 2019b). 산란율은 22주부터 50주까지 주령별 산란율의 평균값으로서 토착레그혼종이 74.8%, 토착로드종이 60.7%, 재래황갈종이 41.8%, 한국오계가 36.4%, 토착코니시종이 9.9% 순으로 나타나 품종 간 차이가 매우 크게 나타났다. 이러한 차이는 품종 간 유전적 특성 차이에 기인한 것으로 사료된다. Fig. 3은 이들의 산란곡선으로 품종별 피크산란율은 토착레그혼종이 26주령에 91%, 토착로드종이 32주령에 79%, 재래황갈종이 27주령에 62%, 한국오계가 26주령에 52%, 토착코니시종이 28주령에 21%를 나타냄으로 대부분의 품종들이 26~28주령 때 최고산란율을 보였으나, 토착로드종은 상대적으로 늦은 32주령에 피크를 나타내었다. 또한, 대부분의 품종들이 피크 이후 산란율의 급격한 저하를 보이다가 46주령 이후 일시적으로 완만한 상승을 나타내었는데, 이는 봄철 산란 시기에 따른 계절적 요인에 기인한 것으로 사료된다. 이들 품종들의 산란율에 대한 이전 연구 결과들도 본 결과와 거의 일치되는 양상으로 산란시점이나 산란기간에 따라 다소 산란수의 차이는 보이나, 품종별 산란능력의 특성은 거의 유사한 것으로 나타났다(Kim et al., 2010; Kim et al., 2019a). 품종별 난중은 32주령 때 동일 일자에 산란한 계란 전체에 대한 평균값으로 토착레그혼종 및 토착로드종이 다른 품종에 비해 유의하게 높았고, 한국오계와 재래황갈종의 계란이 상대적으로 낮게 나타났다(P<0.01). 품종별 난중 또한 이전 연구 결과들(Kim et al., 2010; Kim et al., 2019a)과 거의 유사한 양상으로 토착레그혼종의 상대적으로 높은 난중은 본 품종이 난용종으로 육성된 결과로 해석되고, 한국오계와 재래황갈종의 낮은 난중은 이들의 산란능력에 대한 개량이 거의 이루어지지 않았기 때문인 것으로 사료된다. 이상 생산능력의 결과들을 종합할 때 토착코니시종은 산육능력이, 토착레그혼종은 산란능력이 우수하고, 토착로드종은 생존율이 우수하며, 산란과 산육능력 모두가 양호한 성적을 보였다. 반면 재래황갈종은 이들에 비해 다소 떨어지는 생산능력을 보이나, 토착로드종과 비슷한 형태의 겸용종 특성을 지닌 것으로 판단된다.

Fig. 3. Egg production curve of the 5 Korean native chicken breeds from first egg laying to 58 wks.

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토종닭 5품종에 대한 강건성 및 스트레스 반응 정도를 비교하고자 노화 지표로 알려진 텔로미어 함량을 분석하였다. Table 3에 이들 품종들에 대한 12주령 및 45주령의 텔로미어 함유율과 두 측정 기간 동안 텔로미어의 감축율 분석 값을 제시하였다. 분석 결과, 12주령 및 45주령 모두에서 품종 간 텔로미어 함유율의 유의한 차이를 보였으며(P<0.01), 모든 종에서 공히 연령이 증가됨에 따라 감소되는 양상을 나타내었다. 품종 간 텔로미어 함유율에 있어 측정 기간 공히 토착로드종 및 토착레그혼종이 상대적으로 높은 함유율을 나타내었고, 토착코니시종이 가장 낮았다. 동 기간 동안 텔로미어의 감축 정도 또한 토착코니시종의 감축율이 가장 높게 나타났다. 텔로미어의 함유율은 품종과 관계없이 모든 종에서 연령이 증가됨에 따라 감소하였는데, 이는 텔로미어 길이는 연령에 따라 짧아진다는 이론과 섞 잘 일치하는 결과이다(Harley et al., 1990, 1992). 텔로미어는 염색체 말단부를 지칭하는 것으로 세포 분열이 진행됨에 따라 텔로미어의 길이는 짧아지게 된다. 그러나 텔로미어의 감축 정도나 속도는 여러 다양한 요인들에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Richter and Proctor, 2007; Sanders and Newman, 2013). 닭에 있어서도 텔로미어의 감축 속도는 품종 및 계통과 같은 유전적 요인에 따른 영향뿐만 아니라 사육 환경과 같은 여러 환경적 요인에 의해서도 많은 영향을 받는 것으로 보고되고 있다(Sohn and Subramani, 2014; Sohn et al., 2015; Cho et al., 2016). 특히 고밀도 사육이나 급여 제한과 같은 외적 스트레스 요인들은 텔로미어의 감축을 현격하게 촉진시키는 것으로 알려져 있다(Beloor et al., 2010; Sohn et al., 2012). 텔로미어의 함량이나 감축 정도를 개체의 생명 활성도 및 스트레스 반응 정도의 간접 표지로 간주하였을 때 공시된 5품종의 토종닭 중 토착로드종이 가장 양호한 값을 나타내었고, 토착코니시종이 가장 저조한 값을 보였다. 이러한 텔로미어의 결과는 생존율에 잘 반영되어 나타나는데, 공시된 품종들 중 토착로드종의 생존율이 가장 높았고, 토착코니시종이 가장 낮았다. 따라서 텔로미어 분석 결과를 바탕으로 공시된 토종닭 5품종 중 토착로드종이 가장 강건하고 스트레스 저항 정도가 높은 반면 토착코니시종이 상대적으로 약하고 스트레스에 민감한 품종으로 사료된다.

토종닭 5품종에 대한 스트레스 반응 정도를 비교 분석하기 위하여 공시 개체들의 혈액으로부터 H/L ratio를 분석하고, 품종별 분석 결과를 Table 4에 제시하였다. 분석 결과, H/L ratio 값은 품종들 간 유의한 차이를 보였으며(P<0.01), 공시된 품종 중 토착코니시종이 가장 높았고, 토착로드종이 가장 낮게 나타났다. H/L ratio는 동물에 있어 대표적인 생리적 스트레스 반응 표지 중 하나로 혈액 내 heterophil과 lymphocyte의 비율을 나타내는 것이다. 일반적으로 세포에 외적 스트레스를 가하게 되면 혈액 내 heterophil의 수는 증가하고, 반면 lymphocyte의 수는 감소한다고 알려져 있다(Gross and Siegel 1983; Gross 1989; McFarlane and Curtis 1989). H/L ratio의 분석은 닭에 있어서 corticosterone의 함량 분석(Mashaly et al, 1984; Vleck et al., 2000)과 더불어 가장 널리 이용되는 스트레스 표지인데, 고온이나 밀사와 같은 외부 스트레스 요인에 노출된 개체들의 경우 H/L ratio 값이 현저히 증가하였고(Campo et al, 2007; Cotter, 2015), 암수 혼합 사육 형태와 같은 사회적 스트레스 요인도 H/L ratio에 영향을 미친다고 보고하였으며(Jeong et al., 2020), 항산화제 등의 급여는 세포내 활성산소를 감소시켜 H/L ratio 값이 다소 저하된다고 하였다(Zulkifli et al., 2000). 따라서 본 연구 결과, H/L ratio 값을 개체의 스트레스 반응 척도로 간주하였을 때 토종닭 품종들 중 토착코니시종이 스트레스에 가장 민감하게 반응하며, 토착로드종이 스트레스에 둔감하다고 판단된다.

토종닭 5품종에 대한 스트레스 반응 정도를 살펴보고자 HSP-70, HSP-90α및HSP-90β 유전자 발현율을 분석하고, 이의 결과를 Table 5에 제시하였다. 분석 결과, HSP-90β 유전자 발현율은 품종 간 유의한 차이를 보였으나(P<0.01) HSP-70 및 HSP-90α의 유전자 발현율은 품종 간 차이가 없는 것으로 나타났다. HSP-90β 유전자 발현율의 경우, 공시된 모든 품종들이 토착로드종에 비해 2.1~6.5배 정도 높게 나타났으며, 특히 토착코니시종의 발현율이 가장 높았다. HSPs는 열 스트레스에 반응하여 합성되는 특이 단백질 군으로서 스트레스를 받은 세포의 경우 HSPs들이 열 민감단백질들과 결합하여 세포를 보호하는 역할을 하므로 개체들이 고온 스트레스에 노출되면 이의 발현율이 증가하게 된다(Lindquist, 1986; Schlesinger, 1986). 닭의 경우, 열 스트레스뿐만 아니라 외부 스트레스적 환경에 노출되었을 때도 HSPs의 발현율은 상승한다고 보고하였다(Zulkifli et al., 2002; Beloor et al., 2010; Sohn et al., 2012). HSP-90α와 HSP-90β의 경우, 척추동물과 달리 조류에서는 그 기능과 역할이 다소 다르게 작용하는 것으로 알려져 있는데, 조류의 HSP-90β는 고온 스트레스 때 거의 합성이 되지 않는 단백질이라고 하였고(Meng et al., 1993), 닭의 경우에는 여러 HSP군 중 HSP-70이 열 스트레스에 가장 민감하게 반응한다고 보고한 반면(Zulkifli et al., 2002; Soleimani et al., 2011), 스트레스적 사육 환경하에서는 특히 HSP-90α가 유의하게 증가한다는 보고도 있다(Sohn et al., 2012). 이와 같이 HSP군 중 닭에 있어 어떠한 단백질이 스트레스에 가장 민감하게 반응하는 단백질인가는 연구자나 스트레스 요인에 따라 다소 다른 결과들을 제시하고 있으나, 닭이 스트레스에 노출될 경우 개체들의 HSPs의 발현율은 증가된다. 닭의 품종 및 계통 간 스트레스 반응 정도의 비교 연구에서 국립축산과학원에서 보유하고 있는 토종닭 5품종 12계통에 대한 HSPs 발현율 분석 결과, 토착코니시종의 발현율이 가장 높았고, 재래황갈종 및 토착로드종의 발현율이 상대적으로 낮았다는 보고(Sohn et al., 2015)와 본 연구 결과는 매우 잘 일치되는 결과이다. 따라서 HSPs 발현율을 스트레스 표지로 보았을 때 공시된 토종 품종들 중 토착로드종의 스트레스 반응 정도가 가장 낮고, 토착코니시종이 가장 높은 것으로 판단된다.

이상의 결과들을 종합할 때 토종닭 5품종 중 토착코니시종은 우수한 산육능력을 기반으로 토종육용실용계 생산을 위한 기초 축으로 개량함이 바람직하고, 토착레그혼종은 비교적 높은 산란능력을 바탕으로 토종난용실용계 생산을 위한 기초 축으로 육성함이 바람직할 것으로 사료된다. 토착로드종의 경우, 높은 생존율과 스트레스 저항 정도가 가장 우수하고, 더불어 산란능력과 산육능력 또한 양호한 것으로 나타나 토종실용계 생산을 위한 모 계통으로 활용함이 바람직할 것으로 판단된다. 순수토착재래종인 재래황갈종의 경우 다소 생산능력은 떨어지나, 스트레스 저항성이 양호하고 더불어 육질이 우수하다는 보고(Park et al., 2011; Jin et al., 2017) 등을 토대로 이는 차별화 된 고급육질형 품종으로 개량하는 것이 바람직하다고 생각된다.