배수성

영어 Ploidy는 사전적으로 하나의 세포에 존재하는 염색체의 완전한 세트 수를 의미한다¹⁾²⁾. 예를 들어, monoploid는 1 세트, diploid는 2 세트, triploid는 3 세트의 염색체를 가지는 경우에 사용한다. 우리나라에서는 배수성(倍數性)이라는 단어로 대응된다.

염색체의 구성에 대한 수량적 개념. 배수성 세포는 염색체별로 짝이 있어, 반수성 세포보다 2배의 염색체를 가지고 있다. (출처: )

목차

Haploid(홑배수체; 단배체; 옛 용어로 반수체)와 diploid(두배수체)라는 용어는 1905년 폴란드 식물학자인 Eduard Strasburger에 의하여 만들어졌다²⁾³⁾. 이들 용어로 부터 ploidy라는 용어도 만들어진 것으로 보고 있다. 이후, 독일의 식물학자인 Hans Karl Albert Winkler(1877 – 1945년)에 의하여 1916년에 이형배수체(heteroploidy)라는 용어를 만들어 사용하였다⁴⁾. 그는 또한 1920년에는 염색체에 대한 고찰로부터 유전체(genome)라는 용어도 만들었다.

배수성의 정도(ploidy level)에 따라, 홑배수체(haploid; 단배체; 옛 용어로 반수체), 한배수체(monoploid, 1 세트의 염색체, 일배체라고도 함, hapoid와 monoploid가 같은 경우의 생물들도 존재함), 두배수체(diploid, 2 세트의 염색체, 이배체라고도 함) 등이 이용되고 있다. 한글로 된 용어의 경우, 시대에 따라 변할 수 있으며, 여러 학회와 분야마다 다르게 사용되는 경우가 있으나 점차 용어를 하나로 통일해가는 과정에 있다. 그 밖에도 triploid, tetraploid, pentaploid, hexaploid, heptaploid 또는 septaploid 등의 영어 용어가 사용되고 있다. 사람의 체세포는 두배수체(diploid)로서 염색체 46개(2n으로 표기)가 그 안에 존재하며, 사람의 생식에 관여하는 생식자(gamete)는 한배수체(monoploid)로서 염색체 23개(n으로 표기)를 가지고 있다. 식물에서는 네배수체(tetraploid; 사배체)로 존재하는 경우가 일반적으로 많이 나타나는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 다배수성(polypolidy)의 딸기는 일배성(monoploidy) 딸기에 비해 훨씬 크다는 것이 잘 알려져 있다. 다배수성은 생명체가 진화를 하는데 유익한 여건을 제공해주며, 생물 다양성을 확보하는데에도 도움을 준다⁵⁾. 이러한 이유로 그 동안 진화 연구에서 중요한 의미를 지녀왔다. 

배수성 관련 파생어. 하나의 세포 안에 1 세트의 DNA가 있는 경우를 haploid(N, 그림에서는 두개의 서로 다른 염색체가 존재하고 있음)이라고 한다면, DNA 세트가 배가 될 수록 diploid(2N), triploid(3N), tetraploid(4N)가 될 수 있다. (그림: 김은배/강원대)

많은 진균(Fungi)들이 일배체와 이배체 사이로 알려져 있고, 일부 세균(Bacteria)들과 고균(Archaea)들은 다배수성(polyploidy)인 것으로 알려져 있다²⁾. Deinococcus radiodurans라는 세균은 이름에서도 알 수 있듯이, 이온화 방사선(Ionizing Radiation, 전리 방사선이라고 함)과 극단적인 건조 상태(Desiccation)에서도 강한 저항성을 가지고 있다⁵⁾. Halobacterium salinarum라는 고균도 비슷한 특징을 가지고 있다고 한다⁶⁾. 다배수성의 특징으로 인하여, 한 가닥의 DNA가 손상이 되더라도 다른 가닥의 정보를 활용하여 DNA를 복구할 수 있기 때문에, 이러한 저항성을 갖출 수 있는 것으로 알려져 있다. 1979년 Azotobacter vinelandii라는 세균이 하나의 세포 안에 염색체 40개의 사본을 가지고 있는 것이 확인되었다⁷⁾. 이 세균은 배지와 성장 단계에 따라서 배수성의 정도가 다르게 나타나기도 했다. 복합배지(complex medium)에서 초기 exponential 단계의 세포에서는 염색체 사본이 4개였으나, 후기 exponential 단계의 세포에서는 염색체 사본이 40개로 늘어났다. 하지만, 이러한 현상은 합성배지(synthetic medium)에서는 나타나지 않았다. 효모(yeast)에서도 배수성이 나타낼 수 있는데, 한 연구에 따르면 일배성, 이배성 Saccharomyces cerevisiae 효모 세포에 비하여 사배성 S. cerevisiae효모가 진화와 환경 적응의 속도가 빠르다고 한다⁵⁾. 사배수의 효모에서는 염기서열의 변화, 염색체 상실에 의한 염색체 수 변화 등이 다양하게 나타나면서, 환경에 적응할 수 있는 변이 균주들이 빠른 속도로 생성되었다. 

유전체(Genome), 진균(Fungi), 염색체 

김은배/강원대학교

조유희/차의과학대학교

1.
2.
3. 배수성
4.
5. Selmecki, A.M., Maruvka, Y.E., Richmond, P.A., Guillet, M., Shoresh, N., et al. 2015. Polyploidy can drive rapid adaptation in yeast. Nature 519, 349–352.
6. Kottemann, M., Kish, A., Iloanusi, C., Bjork, S., and DiRuggiero, J. 2005. Physiological responses of the halophilic archaeon Halobacterium sp. strain NRC1 to desiccation and gamma irradiation. Extremophiles 9, 219–227.
7. Jörg, S. 2014. Polyploidy in archaea and bacteria: About desiccation resistance, giant cell size, long-term survival, enforcement by a eukaryotic host and additional aspects. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 24, 409–419.