단성생식

단성생식은 암컷 생식세포(배우자)가 수정을 하지 않고 배아가 형성되어 발달하는 무성생식 방식 중 하나이며, 식물에서는 아포믹시스(무수정생식, apomixis) 과정의 하나로 알려져 있다. 동물에서는 주로 선충, 곤충과 같은 무척추동물의 일부에서 단성생식이 발견되며, 어류와 양서류와 같은 척추동물에서도 아주 드물게 보고되고 있다. 식물의 단성생식은 동물보다 더 빈번하게 자연적으로 발생하는 것으로 알려져 있으며, 적어도 35과에 속하는 400여 종 이상에서 단성생식 현상이 보고되어 있다.¹⁾ 인위적으로 단성생식을 유도하게 되면 단위결실(pathenocarpy)이라고 하는 성숙한 종자를 갖지 않는 열매가 만들어진다. 바나나와 파인애플에서는 이러한 현상이 자연적으로 일어난다. 단성생식(parthenogenesis)은 그리스어(παρθένος parthenos, '처녀', + γένεσις genesis, '생식")에서 유래한 용어이다.

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일반적인 속씨식물(꽃식물)의 밑씨(ovule, 배주) 내에서는 대포자모세포(megaspore mother cell)가 감수분열을 통해 4개의 반수체 대포자를 만들며, 이들로부터 형성된 알세포가 꽃가루(pollen, 화분)와 수정을 거쳐 이배체인 배아가 만들어진다. 단성생식은 반수체의 알세포가 수정과정 없이 배아로 발달하거나, 감수분열 과정이 완전히 끝나지 않은 상태에서 배아를 생성하게 된다.

아직까지 단성생식을 조절하는 기작은 잘 알려져 있지 않다. 애기장대의 경우, 알세포의 수정과정 없이 배아가 발달하는 msi1(multicopy suppressor of ira1) 돌연변이가 보고되어 있지만, 이 경우 반수체인 배아는 2세포기 또는 4세포기에서 성장이 멈춘다.²⁾ 한편, 애기장대에서는 히스톤 H3의 동원체 변이체인 CENH3의 형질전환 조작을 통해, 특정 유전체를 인위적으로 조작하게 되면 반수체인 배아가 발달할 수 있는 현상이 발견되었다.³⁾

유성생식과 단성생식 과정의 비교 (출처:정동훈)

반수체 단성생식(haploid parthenogenesis) : 정상적으로 감수분열을 한 반수체의 난자가 배아로 발달하는 경우이다. 암배우체가 이배체(diploid)인 경우, 일배체(monoploid)인 난자가 배아로 발달하게 되지만 대부분 생식력을 잃게 된다. 일부 감자, 토마토, 담배 등에서 보고된 바와 같이 생식력이 있는 경우는 식물육종에 유용하게 이용된다.

이배체 단성생식(diploid parthenogenesis) : 암배우체의 대배우체(megagametophyte)가 감수분열을 완전히 끝내지 않은 이배체 상태에서 단위생식을 하게 되는 경우이다. 이 경우는 자손의 염색체 개수가 암배우체와 동일하게 된다.

1. Asker SE, Jerling L (1992) Apomixis in plants. CRC Press,
2. Guitton A-E, Berger F (2005) Loss of function of MULTICOPY SUPPRESSOR OF IRA 1 produces nonviable parthenogenetic embryos in arabidopsis. Curr Biol, 15: 750–754
3. Ravi M, Chan SWL (2010) Haploid plants produced by centromeremediated genome elimination. Nature, 464: 615–618