[유전학] 5.2 : 배수성(polyploidy), 동질배수성(autopolyploidy), 이질배수성(allopolyploidy), 내부배수성(endopolyploidy)

 

이번 포스트에서는 배수성(polyploidy)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

polyploidy는 동물에서는 거의 발견되지 않음. (물론 도마뱀, 양서류, 어류의 극히 일부에서는 발견되기는 함) 한편 식물에서는 polyploidy가 꽤나 많이 발견됨. 이 때 이 polyploidy가 같은 종 내에서의 교배에 의해 생성된 것이라면 autopolyploidy(위 그림 왼쪽), interspecific mating(종간교배)에 의해 생성된 것이라면 allopolyploidy(위 그림 오른쪽)라 부름.

 

 

autopolyploidy (동질배수성)

 

우선 3n, 즉 autotriploid에 대해 알아보자. autotriploid는 크게 3가지 요인에 의해 발생할 수 있음.

 

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1) diploid gamete(2n)이 haploid gamete(n)과 수정된 경우

 

2) 우연히 1개의 난자에 2개의 정자가 수정된 경우

 

3) diploid가 tetraploid와 교배되는 경우. (이 경우 gamete들은 각각 n, 2n)

 

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참고로 3n의 경우 불임인 경우가 대부분임.

 

 

 

 

다음으로 4n, 즉 autotetraploid에 대해 알아보자. 이 경우 chromosome의 복제 후 어떤 요인에 의해서 핵분열이 발생하지 않아서 생성되게 됨.

 

이를 나타내주고 있는 것이 위 그림임.

 

 

그렇다면 제대로 된 핵분열이 발생하지 않도록 하는 cause에는 어떤 것들이 있을까.

 

 

일단 감수분열 도중에 shock(충격)이 주어진 경우가 이에 해당할 수 있음. 한편 그 밖에 colchicine을 처리한 경우에도 제대로 된 핵분열이 발생하지 않을 수 있는데, colchicine은 방추사 형성을 막아버리는 녀석에 해당함.

 

 

 

한편 위 표를 보면 알수 있듯이 일반적으로 autopolyploid는 diploid에 비해서 개체의 size가 큰데, 이는 세포의 size 자체가 크기 때문에 나타나는 현상임. 

 

 

 

이들의 cell size가 큰 이유는 위 그림에서와 같이 세포 주기에서 G1→S 전환 시 필요한 단백질들이 잘 작동하지 않은 결과 G1기가 길어져 cell이 성장할 시간이 더 길어지기 때문임. 그 결과, 특히 식물의 경우 꽃, 열매 부위가 더 커지게 됨.

 

 

따라서, 실제로 인위적 육종의 결과 밀, 감자, 바나나 등의 size가 큰 polyploid들을 걸러내서 현재 많이 재배되고 있음.

 

 

 

allopolyploidy (이질배수성)

 

allopolyploidy는 근연종간의 종간 교배로부터 형성됨. 이 경우 식물에서는 꽤나 흔하게 발견되지만 동물에서는 잘 발견되지 않음.

 

 

 

위 그림에 allopolyploidy가 만들어지는 과정이 나타나 있음. 보면 일단 서로 다른 두 종이 각각 gamete를 형성한 뒤 이들이 수정되어서 sterile hybrid를 만들게 됨. 이 때 이 녀석들은 서로 chromosome 짝이 없으므로 이것만으로는 수정 가능한 자손을 만들 수 없음. 그런데 이 때 chromosome doubling이 일어나게 된다면(이는 자연적으로 일어날 수도 있고 외부에서부터 colchicine과 같은 물질을 삽입해줘서 일어나게끔 할수도 있음) 이제 마침대 fertile한 (즉 수정 가능한) amphidiploid가 만들어지게 됨.

 

 

이와 관련된 대표적인 예가 바로 cultivated American cotton(혹은 Gossypium)임. 목화는 2n=6의 핵상을 가지고 있으며, 이 중 13쌍은 큰 chromosome으로, 나머지 13쌍은 작은 chromosome으로 이루어져 있음. 이 13쌍씩의 chromosome pair들은 사실 이종 교배에 의해 합쳐져서 만들어진 것임.

 

 

 

즉, 서로 다른 종의 야생 목화가 우연히 야생에서 교배된 결과 allopolyploidy가 되고 chromosome doubling까지 일어나 생식도 가능해지게 된 것임.

 

 

 

이와 관련된 상당히 많은 수의 유전공학적 예시가 있는데, 이들에 대해 간단히 살펴보자.

 

 

우선 가장 대표적인 예시로 pomato(potato + tomato)가 있음.

 

 

 

그런데 사실 pomato의 개발은 그다지 성공적이지 못했음. 이론적으로는 tomato와 potato 둘 다의 장점만을 취해 섞고자 했지만, 실제로는 뿌리와 잎 모두에 영양분이 분배되다 보니 둘 다 어중간하게 자라버림.

 

 

 

다음으로 살펴볼 예시는 바로 Rabbage(radish(무) + cabbage(배추)), 혹은 Raphanobrassica라 불리는 녀석임.

 

 

 

 

그러나 이 경우 운이 나쁘게도 원하는 것과 반대로 뿌리 부분이 배추, 줄기 부분이 무로 나타나버림.

 

 

 

마지막으로 살펴볼 예시는 바로 Triticale(rye(호밀) + wheat(밀))임.

 

 

 

사실 이 경우가 몇 안되는 이종간 유전공학적 교배의 성공 사례 중 하나임.

 

 

밀의 경우 단백함량 자체는 높으나 lycine 함량은 낮다는 단점이 있었던 반면 수확량이 많다는 장점이 있었고, 호밀의 경우 lycine 함량이 높고 척박한 환경에서 잘 자란다는 장점이 있었지만 수확량이 낮다는 단점이 있었음. 이들의 장점들만을 잘 결합한 것이 바로 Triticale임. 

 

 

endopolyploidy (내부배수성)

 

endopolyploidy는 내부배수성으로 번역되며, 한 개체 내의 몇몇 cell들만 polyploidy를 띄는 경우를 가리키는 용어임.

 

 

대표적인 예가 척추동물의 간세포(4n, 8n, 16n 등으로 존재함), 초파리의 침샘 염색체(1024~2048 copies), 광합성 세포 등임. 이 때 간세포나 광합성 세포의 경우 하는 일이 많고, 따라서 대사적으로 매우 활발함. 이 떄 생산량에 맞게 한꺼번에 많은 단백질, tRNA, rRNA 등을 적절히 생산하기 위해서 endopolyploidy의 형태를 띄게 된 것으로 생각되고 있음.

 

 

 

 

위 그림은 초파리의 거대 침샘염색체를 나타내 보여주고 있으므로 참고할 것. 

 

 

 

 

다음 포스트부터는 염색체에서 일어나는 결실(deletion), 중복(dupliction), 역위(inversion), 전좌(translocation)에 대해 살펴보자.