배수성

일반적으로 세포는 한 쌍의 염색체를 가지는데, 한 쌍의 염색체(2n)를 가지지 않고, 3배수(3n)나 4배수(4n)의 염색체를 가질 때 배수성(Polypolidy)이라 한다. 배수성은 동물에서는 흔하지 않고, 식물에서 흔하게 발견된다. 모든 염색체의 수가 3배수나 4배수를 가진다는 점에서 특정 염색체의 수만 증감하는 이수성(aneuploidy)와 구분된다.

목차

일반적인 세포는 한 쌍의 염색체(2n)를 가지며, 한 쌍의 염색체중 각각을 부모세대인 부계와 모계에서 받게 된다. 부모 세대에서 받는 배우자 염색체는 각각 반수체(n)이고 이들이 모여서 2배체(diploid, 2n)가 된다. 그러나 부모 세대에서 받는 배우자 염색체가 한쪽이 2배체(2n)이고, 다른 쪽이 반수체(n)이면 3배체(triploid, 3n)가 될 수 있고, 배우자 염색체가 각각 2배체(2n)이면 4배체(tetraploid, 4n)가 될 수도 있다. 어떤 식물에서는 6배체(hexaploid, 6n)가 나타나기도 한다.

배수성은 모든 염색체의 수가 3배체, 4배체 등으로 증가하는 것을 말하고, 다운증후군에서 21번 염색체가 3개가 되는 것과는 구분이 된다. 특정 염색체의 수가 증가하거나 감소하는 것은 이수성(aneuploidy)이라고 한다 (그림 1).  

그림 1. 배수성 (출처: 한국분자·세포생물학회)

동물에서는 배수성이 흔하지 않지만, 식물에서 배수성은 쉽게 관찰이 된다. 한 국화종은 2배체(diploid) 염색체로 18개의 염색체를 가지는 국화가 존재한다. 서로 다른 9개의 염색체 집단을 1배체(monoploid)라 할 때, 2배체의 국화는 2x9로 18개의 염색체를 가진다. 유사한 국화종은 4배체로 36개의 염색체(4x9)를 가지고 있으며, 1배체의 4배에 해당하는 염색체를 가진다. 어떤 국화는 6배체(hexaploid)로 54개의 염색체(6x9)를 가지기도 하고, 8배체(octaploid)로 72개의 염색체(8x9), 10배체(decaploid)로 90개의 염색체(10x9)를 가지는 국화종도 존재한다(그림 2).

그림 2. 국화의 배수성과 염색체수 (출처: 한국분자·세포생물학회)

이런 다양한 염색체 수를 가지는 국화종에서 생식세포분열(meiosis)는 일반 생식세포분열과 유사하게 일어난다. 2배체로 18개의 염색체를 가지는 국화의 배우자(gamete)는 9개의 염색체를 가지게 되고, 4배체로 36개의 염색체를 가지는 국화의 배우자는 18개의 염색체를 가지게 된다. 마찬가지로 54개의 염색체를 가지는 국화의 배우자는 27개의 염색체를 가지게 되어, 배우자의 염색체 수는 일반 생식세포 분열처럼 생식세포의 절반에 해당하게 된다.

척추동물에서 배수성은 흔하지 않고, 무척추동물에서는 가끔 발견된다. 동물에서 배수성이 흔하지 않은 이유는 X와 Y같은 성염색체를 가지고 있기 때문이다. 사람이 4배체의 성염색체를 가지게 되면, XXXX, XXXY, XXYY, XYYY 등과 같이 다양한 성염색체 조합이 나오게 된다. 

배수성은 식물에서 매우 흔해서 꽃식물(flowering plant)에서는 30~80%에 해당하는 식물이 배수성의 염색체를 가지게 된다. 그리고 여러 농작물에서 배수성은 매우 중요한데, 밀, 옥수수, 면화, 감자, 바나나, 사탕수수, 커피, 땅콩, 사과 등에서 배수성이 발견되고, 배수성의 식물은 일반적으로 세포의 크기가 커지는 경우가 많아서 작물이 더 크게 자라는 경향이 있어서 작물재배에 유리할 수 있다.

3배체(triploid)도 농작물에서 매우 유용하게 사용될 수 있다. 3배체의 염색체를 가지는 생물은 정상적인 체세포 분열이 일어나기 때문에 정상적으로 자랄 수 있다. 그렇지만, 생식세포 분열에서 3배체는 배우자를 만드는 문제가 생기게 된다. 따라서 유성 생식(sexual reproduction)을 하는 생명체들은 3배체를 가질 경우, 생식 능력을 잃고 멸종하게 된다. 이러한 특성을 이용해서 만든 것이 씨없는 수박이다. 씨없는 수박은 3배체의 염색체를 가지고 있어서 생식세포 분열이 제대로 이루어지지 않아서, 이 수박의 씨는 제대로 발달하지 못해서 매우 작아서 먹을 수 있다. 

1배체(monoploid), 2배체(diploid), 3배체(triploid) 4배체(tetraploid), 이수성(aneuploidy)

1. Daniel L. Hartl and Bruce J. Cochrane (2018) Genetics. Ninth Edition

2. George Plopper (2014) Principles of Cell Biology. 2nd Edition.

3. Lynne Cassimeris et al (2010) Lewin’s Cells