배수체

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배수체

[ polyploidy ]

배수체는 유전체(genome) 수준에서 일어나는 염색체 이상(chromosome aberration)의 하나로, 세포나 생물체가 두 벌 이상의 염색체 세트를 가지는 것이다. 염색체의 수가 2n, 3n 등과 같이 기본수의 정수배인 형태를 정배수성이라고 하며, 2n-1, 2n+1 과 같이 불완전한 형태를 이수성(異數性)이라고 한다. 식물이나 동물 모든 생물체에서 일어날 수 있으며, 세포 단위에서 일어날 수도 있다.

목차

  1. 1.배수성의 원인
  2. 2.배수체가 가질 수 있는 이점
  3. 3.염색체 수 이상의 종류
    1. 3.1.동질배수체 (autopolyploid)
    2. 3.2.이질배수체 (allopolyploid)
    3. 3.3.이수성 (aneuploid)
  4. 4.자연 배수체의 예
    1. 4.1.3배체 바나나
  5. 5.참고문헌

배수성의 원인

생물체가 어떻게 해서 배수체가 되는 것일까? 세포분열을 통해 생식세포(gamete)가 형성되는 과정에서 염섹체 분리가 일어나지 않고(nondisjunction) 한쪽 세포로 가는 경우 완전한 2벌의 염색체를 가지는 이배체(diploid) 생식세포가 생긴다. 이배체 생식세포가 반수체 (haploid) 생식세포와 결합하게 되면 삼배체 접합자(triploid zygote)가 형성되는데, 이 삼배체들은 대부분 불안정하거나 후대를 생산할 수 없는 불임인 경우가 많다. 하지만 이배체 생식세포가 다른 이배체 생식세포와 결합을 하게 되면 사배체(tetraploid)가 만들어지는데, 이들은 비교적 안정적이다. 자연적으로 발견되는 사배체(tetraploid), 육배체(hexaploidy)들은 이런 방식으로 생겨났을 것으로 예상된다.1)

진화적 과정에서 배수성의 생성과 이배성의 유전체로 회귀되는 과정을 나타낸 모식도. (출처: https://www.nature.com/scitable/topicpage/polyploidy-1552814# )

배수체가 가질 수 있는 이점

식물에서는 배수체의 자손이 이배체인 부모보다 우수한 형질을 나타내는 경우가 종종 관찰된다. 이러한 원인으로 다수의 염색체 쌍으로 인해 후대에서 지속적으로 이형접합형(heterozygosity)이 유지되어 잡종강세(hybrid vigor 또는 heterosis)가 세대를 통해 거듭 나타나거나, 열성형질의 변이(recessive mutation)가 축적되지 못하기 때문일 것으로 설명되고 있다. 또한 같은 유전자를 여러 벌 갖게 되면서 유전자의 돌연변이로 나타날 수 있는 해로운 효과(deleterious effect)를 피할 수 있다는 설명도 가능하다. 뿐만 아니라 여러 벌의 유전자들 중에 일부가 돌연변이에 의해 새로운 기능을 가지게 될 수도 있고, 이는 진화과정에서 유리하게 작용할 수도 있고, 농업에서는 품종 육성의 소재로 활용할 수도 있다.2)

염색체 수 이상의 종류

동질배수체 (autopolyploid)

종 내의 직접적인 유전체(genome) 증가로 일어난다. 개체의 크기가 커지거나(예: 사탕무, 화훼류) 다수확성을 보이는 경우(메밀, 해바라기 등)가 있어 육종에 이용되기도 한다. 동질배수체는 콜히친(colchicine)이나 아세나프텐(acenapthene)의 처리에 의해 인위적으로 유도할 수 있다.

이질배수체 (allopolyploid)

서로 다른 종의 염색체가 만나 배가가 된 것으로 염색체 수가 두 배로 증가한 경우 복2배체(amphidiploid)라고도 한다. 이질배수체의 대표적인 예로 밀(AABBDD)과 호밀(RR)의 교배를 통해 얻은 트리티케일(triticale, AABBDDRR)이 있다.

이배체와 배수체에서의 염색체의 유전패턴을 나타낸 모식도. (출처: https://www.nature.com/scitable/topicpage/polyploidy-1552814# )

이수성 (aneuploid)

감수분열이 일어날 때 2배체의 상동염색체가 분리되지 않고 한 쌍의 상동염색체가 한쪽으로 끌려가 n+1, n-1의 배우자를 형성하고, 이들이 정상배우자와 수정하여 2n+1, 2n-1을 형성하는 것이다.

염색체의 불분리에 의한 이수성 형성을 나타낸 모식도 (출처:남영우,박순직 (2003) 농업유전학. 7장 염색체 변화와 유전. 한국방송통신대학교출판부)

자연 배수체의 예

3배체 바나나
배수체
class='wikitable' Musa acuminata X Musa balbisiana = Musa X paradisiaca
AA BB AAB or ABB (etc.)
(fertile) (fertile) (sterile)

위의 표에서 보는 바와 같이 M. acuminata나 M. balbisiana 둘 중 한쪽에서 생식세포가 만들어질 때 분리가 일어나지 않아 이배체(2n) 생식세포가 만들어지고, 정상적인 생식세포(n)와의 교배를 통해 얻어진 바나나는 삼배체(3n)이고 불임성이다.

참고문헌

1. Margaret Woodhouse, Diana Burkart-Waco, Luca Comai (2009) Polyploidy. Nature Education, 2: 1
2. 남영우, 박순직 (2003) 농업유전학. 7장 염색체 변화와 유전. 한국방송통신대학교출판부,