이기적 유전자는 숙주의 운명과 관계없이 유전 규칙을 조작합니다. 로체스터대학교 생물학자들은 집단 유전체학을 활용해 분리 왜곡 인자(Segregation Distorter, SD)라는 이기적 유전 요소가 어떻게 진화했고 시간이 지나면서 유전체 구조에 어떤 영향을 미쳤는지를 처음으로 밝혀냈습니다.
이 연구는 생물학 부교수 Amanda Larracuente와 생물학과 교수 겸 학과장 Daven Presgraves가 주도했으며, eLife에 게재되었습니다. 연구진은 SD가 염색체 조직을 변화시킬 뿐 아니라 유전적 다양성도 크게 감소시킨다는 사실을 발견했습니다.
초파리에서 이기적 유전자의 최초 전체 유전체 염기서열 분석
연구팀은 초파리를 모델로 선택했습니다. 이 작은 곤충은 질병 관련 유전자의 약 70%를 인간과 공유하며, 생식 주기가 짧아 여러 세대를 빠르게 만들어낼 수 있습니다.
연구진은 암컷 초파리가 SD 염색체를 가지고 있을 때 자손의 약 50%가 이를 물려받는다는 사실을 발견했으며, 이는 멘델 유전과 일치합니다. 수컷은 매우 다릅니다. SD가 SD를 갖지 않은 정자를 "죽이기" 때문에 자손의 거의 100%에게 SD 염색체를 전달하며, 사실상 전달을 독점합니다.
SD는 어떻게 이런 일을 할까요? 연구에 따르면 SD는 여러 이기적 유전자가 밀접하게 연결되어 함께 유전되는 염색체 영역인 초유전자로 진화했습니다. 이러한 구조 덕분에 유전자들이 집단으로 작동해 전달될 가능성이 크게 높아집니다.
Presgraves 교수는 "이는 SD 염색체의 최초 전체 유전체 염기서열 분석으로, 이 초유전자의 역사와 유전체에 미친 광범위한 영향을 처음으로 밝혀낼 수 있었습니다"라고 말했습니다.
초유전자의 단기적 이점이 장기적 붕괴로 이어질 수 있다
초유전자는 거의 완벽한 전달이라는 분명한 단기적 이점을 지니지만, 연구진은 이러한 이점에 유전적 재조합을 차단하는 대가가 따른다는 사실을 발견했습니다.
정상적인 유성생식에서는 양쪽 부모에게서 온 염색체가 재조합하고 유전 물질을 교환해 독특한 자손을 만듭니다. 재조합은 유전적 다양성을 높이고 자연선택이 유해한 돌연변이를 제거하면서 유익한 변이를 보존할 수 있게 합니다.
SD 염색체에서는 이러한 재조합이 일어나지 않습니다. SD 염색체는 온전한 구간으로 유전되기 위해 정상 염색체와 유전자 교환을 피합니다. 그 결과 돌연변이가 축적되는 온상이 되며, 연구에서는 SD 염색체에 일반 염색체보다 훨씬 많은 유해한 돌연변이가 축적된다는 사실이 밝혀졌습니다.
Larracuente 교수는 "유전적 재조합이 없으면 SD 염색체는 자연선택을 이용해 돌연변이를 제거할 수 없으며, 이러한 돌연변이는 유전자 기능이나 조절을 손상시킬 수 있습니다"라고 설명했습니다.
Presgraves 교수는 재조합을 피하는 것이 SD를 조용히 진화적 멸종으로 몰아갈 수 있다고 덧붙였습니다.
그는 "재조합이 없기 때문에 SD 염색체는 진화적 퇴화의 징후를 보이기 시작했습니다"라고 말했습니다.
이기적 유전자가 중요한 이유: 미시적 관점에서 큰 그림까지
SD에 관한 연구는 일부 유전자가 공정한 유전 규칙을 어떻게 위반하는지 보여줄 뿐 아니라, 단기적인 진화적 이점에 장기적인 대가가 따를 수 있다는 점도 보여줍니다.
더 넓게 보면 이기적 유전 요소는 인간 유전체 전반에서 발견됩니다. 일부 요소는 성비를 교란하거나 생식능력에 영향을 미치고, 돌연변이 위험을 높이거나, 집단 멸종을 가속할 수 있습니다. 이러한 요인을 더 잘 이해하면 유전 질환과 생식 건강에 관한 향후 연구에 중요한 단서를 제공할 수 있습니다.
뉴스 | ‘이기적 유전자’의 실체를 밝히다: 과학자들이 유전체학으로 진화와 대가를 추적하다
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이기적 유전자는 숙주의 운명과 관계없이 유전 규칙을 조작합니다. 로체스터대학교 생물학자들은 집단 유전체학을 활용해 분리 왜곡 인자(Segregation Distorter, SD)라는 이기적 유전 요소가 어떻게 진화했고 시간이 지나면서 유전체 구조에 어떤 영향을 미쳤는지를 처음으로 밝혀냈습니다.
이 연구는 생물학 부교수 Amanda Larracuente와 생물학과 교수 겸 학과장 Daven Presgraves가 주도했으며, eLife에 게재되었습니다. 연구진은 SD가 염색체 조직을 변화시킬 뿐 아니라 유전적 다양성도 크게 감소시킨다는 사실을 발견했습니다.
초파리에서 이기적 유전자의 최초 전체 유전체 염기서열 분석
연구팀은 초파리를 모델로 선택했습니다. 이 작은 곤충은 질병 관련 유전자의 약 70%를 인간과 공유하며, 생식 주기가 짧아 여러 세대를 빠르게 만들어낼 수 있습니다.
연구진은 암컷 초파리가 SD 염색체를 가지고 있을 때 자손의 약 50%가 이를 물려받는다는 사실을 발견했으며, 이는 멘델 유전과 일치합니다. 수컷은 매우 다릅니다. SD가 SD를 갖지 않은 정자를 "죽이기" 때문에 자손의 거의 100%에게 SD 염색체를 전달하며, 사실상 전달을 독점합니다.
SD는 어떻게 이런 일을 할까요? 연구에 따르면 SD는 여러 이기적 유전자가 밀접하게 연결되어 함께 유전되는 염색체 영역인 초유전자로 진화했습니다. 이러한 구조 덕분에 유전자들이 집단으로 작동해 전달될 가능성이 크게 높아집니다.
Presgraves 교수는 "이는 SD 염색체의 최초 전체 유전체 염기서열 분석으로, 이 초유전자의 역사와 유전체에 미친 광범위한 영향을 처음으로 밝혀낼 수 있었습니다"라고 말했습니다.
초유전자의 단기적 이점이 장기적 붕괴로 이어질 수 있다
초유전자는 거의 완벽한 전달이라는 분명한 단기적 이점을 지니지만, 연구진은 이러한 이점에 유전적 재조합을 차단하는 대가가 따른다는 사실을 발견했습니다.
정상적인 유성생식에서는 양쪽 부모에게서 온 염색체가 재조합하고 유전 물질을 교환해 독특한 자손을 만듭니다. 재조합은 유전적 다양성을 높이고 자연선택이 유해한 돌연변이를 제거하면서 유익한 변이를 보존할 수 있게 합니다.
SD 염색체에서는 이러한 재조합이 일어나지 않습니다. SD 염색체는 온전한 구간으로 유전되기 위해 정상 염색체와 유전자 교환을 피합니다. 그 결과 돌연변이가 축적되는 온상이 되며, 연구에서는 SD 염색체에 일반 염색체보다 훨씬 많은 유해한 돌연변이가 축적된다는 사실이 밝혀졌습니다.
Larracuente 교수는 "유전적 재조합이 없으면 SD 염색체는 자연선택을 이용해 돌연변이를 제거할 수 없으며, 이러한 돌연변이는 유전자 기능이나 조절을 손상시킬 수 있습니다"라고 설명했습니다.
Presgraves 교수는 재조합을 피하는 것이 SD를 조용히 진화적 멸종으로 몰아갈 수 있다고 덧붙였습니다.
그는 "재조합이 없기 때문에 SD 염색체는 진화적 퇴화의 징후를 보이기 시작했습니다"라고 말했습니다.
이기적 유전자가 중요한 이유: 미시적 관점에서 큰 그림까지
SD에 관한 연구는 일부 유전자가 공정한 유전 규칙을 어떻게 위반하는지 보여줄 뿐 아니라, 단기적인 진화적 이점에 장기적인 대가가 따를 수 있다는 점도 보여줍니다.
더 넓게 보면 이기적 유전 요소는 인간 유전체 전반에서 발견됩니다. 일부 요소는 성비를 교란하거나 생식능력에 영향을 미치고, 돌연변이 위험을 높이거나, 집단 멸종을 가속할 수 있습니다. 이러한 요인을 더 잘 이해하면 유전 질환과 생식 건강에 관한 향후 연구에 중요한 단서를 제공할 수 있습니다.
기사 출처:
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