DNA G+C 비율

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DNA G+C 비율

[ DNA G+C ratio ]

DNA 염기서열 중 구아닌과 시토신의 비율.

DNA 이중가닥에서의 염기간 상보결합(A-T, G-C). 센스 가닥(sense strand, 5’->3’, 아래 가닥)에서 총 24개의 염기 중 A는 2개, T는 8개, G는 6개, C는 8개가 있으므로 G+C 비율은 (6+8)/24*100 = 58.3%가 된다. 안티센스 가닥(antisense strand, 3’->5’, 위 가닥) 기준에서도 G는 8개, C는 6개이므로 G+C 비율은 58.3%이다. (출처: )

목차

  1. 1.정의
  2. 2.미생물 유전체의 G+C 비율의 특징
  3. 3.관련용어
  4. 4.집필
  5. 5.감수
  6. 6.참고문헌

정의

DNA는 아데닌(adenine, A), 티민(thymine, T), 구아닌(guanine, G), 시토신(cytosine, C)의 4 종류의 염기로 이루어진다. DNA G+C 비율은 전체 DNA 염기 중 G와 C가 차지하는 비율로서, (G+C)/(A+T+G+C)의 백분율(%)로 계산된다. 한 유기체의 유전체(genome) 또는 특정 DNA단편에서 계산될 수 있으며, GC 함량(GC content)이라고도 한다. DNA 이중 가닥에서 A와 T끼리, G와 C끼리 결합하는데, 이러한 염기간 상보결합은 A와 T는 2개의 수소결합으로(A=T), G와 C간에는 3개의 수소결합(GΞC)으로 이루어 진다. GC 비율이 높은 이중 가닥의 DNA는 안정적이어서 각각의 가닥으로 분리하기 위해서는 높은 열을 가해주어야 한다.

미생물 유전체의 G+C 비율의 특징

  • 원핵생물(prokaryote) 유전체의 G+C 비율은 20~80%로 매우 다양하며, 유전체의 중요한 특성이다. 일반적으로 유전체의 G+C 비율이 65% 이상인 세균을 고GC 함량 세균(high GC content bacteria)이라 하며, Actinobacteria, Acidobacteria, Betaproteobacteria 등이 포함된다. 유전체의 G+C 비율이 35% 이하인 저 GC 함량 세균(low GC content bacteria)에는 Epsilonproteobacteria, Firmicutes, Fusobacteria, Spirochetes 등이 해당된다. 이와 같이 G+C 비율은 근연종들에서 유사한 값으로 나타나기 때문에, 신규 미생물 동정에 유용 지표로 사용되기도 한다.
  • 특정 미생물 유전체의 G+C 비율은 환경 적응 또는 종 특이적인 돌연변이가 편향(mutational bias)된 결과라 추정된다. 토양과 같은 환경에서 자유롭게(free-living) 사는 미생물은 G+C 비율이 높고 유전체 크기가 큰 반면, 장내 미생물과 같이 제한된 환경에서 사는 미생물은 G+C 비율이 낮고 유전체 크기가 작다1). 직관적으로는 높은 G+C비율의 유전체를 갖는 미생물은 고온 환경에서 생장한다고 유추될 수 있으나, 생장온도와 G+C비율은 상관관계가 없다고 보고되었다2). 하지만, 리보좀 RNA(rRNA)의 G+C 비율과 생장 온도는 비례한다2).
  • 인간 유전체 경우에는 단백질을 발현시킬 수 있는 부분(coding region)은 다른 DNA 부분(non-coding region)보다 G+C 비율이 높다3). 

관련용어

리보좀 RNA(rRNA), 유전체(Genome), 원핵생물(prokaryote), 돌연변이(mutation), 장내미생물군(Gut microbiota)

집필

윤성호/건국대학교

감수

이정신/강원대학교

참고문헌

1. Mann, S. and Chen, Y.P. 2010 Bacterial genomic G+C composition-eliciting environmental adaptation. Genomics 95, 7-15.
2. Hurst, L.D. and Merchant, A.R. 2001. High guanine-cytosine content is not an adaptation to high temperature: a comparative analysis amongst prokaryotes. Proc. Biol. Sci. 268, 493-497.
3. Pozzoli, U., Menozzi, G., Fumagalli, M., Cereda, M., Comi, G.P., et al. 2008. Both selective and neutral processes drive GC content evolution in the human genome. BMC Evol. Biol. 8, 99.

동의어

DNA G+C 비율, DNA G+C ratio