염색체

염색체는 세포분열 과정에 관찰되는 막대 모양을 한 형태의 유전체로, DNA 사슬들이 응축되고 뭉쳐서 굵은 실타래 또는 막대 모양의 형태로 관찰되는 유전체의 구조물이다. 현미경으로 핵을 관찰할 때 염색약을 잘 흡수하여 핵 속의 유전체 구조를 나타내기 때문에 염색체라고 명명되었다. 진핵세포의 핵 속에서는 DNA 사슬이 히스톤 단백질 복합체를 감고 있는 뉴클레오솜이 정교하게 배열되어 실타래와 같은 형태의 염색사를 형성하는데, 세포분열 과정 중 세포분열 전기에 이르게 되면 염색사는 더욱 응축되어 막대 모양의 염색체를 형성하게 된다. 생물 종에 따라 염색체는 개수, 모양, 크기 등에서 다양한 형태로 나타난다.¹⁾

염색체의 모양을 나타낸 모식도. (출처: GettyImagesKorea)

목차

최초로 염색체 그림을 발표한 생물학자는 Nageli로 1842년에 Zur Entwicklungsgeschichte des Pollens Zurich Orell Fussli라는 논문에 처음으로 염색체 그림이 발표되었다. 그 후 1888년 Waldeyer가 당시까지 사용되던 chromatische elemente라는 용어에 대신하여 chromosomen이라는 용어를 사용할 것을 제안하면서 chromosome이 처음으로 생물학적 용어로 사용되게 된다. 그리고 현재 우리가 사용하고 있는 염색체란 말은 1894년 요시자와 가즈노리가 chromosomen을 염색체로 번역하여 사용하기 시작하면서 쓰이게 되었다.²⁾

성염색체(sex chromosome)는 일반적인 상염색체와 달리 성을 결정하는 유전인자를 포함하며, 식물과 동물의 성을 결정하는 염색체이다. 이형염색체라고도 한다. 식물에서 성염색체는 태류식물의 일종인 Sphaerocarpus donnellii에서 생물학자 Allen(1917)이 처음으로 발견하였다. 태류식물과 선류식물에서 성염색체를 가진 종들이 많이 관찰된다. 성염색체는 많은 식물군에서 독립적으로 진화해 왔는데, 종자식물에서는 수영, 애기수영, 버드나무속, 포플러, 모시(삼), 환삼덩굴, 양딸기속 등에서도 성염색체가 밝혀졌다.

성염색체 이외의 염색체를 상염색체(autosome)라고 한다. 많은 식물종에서는 성염색체가 관찰되지 않는데, 이 경우는 모든 염색체가 상염색체이다. 상염색체의 수는 생물 종마다 다르게 진화되어 왔다. 토마토의 경우 12쌍의 상염색체를 갖지만, 양파는 8쌍, 벼는 10쌍, 밀은 21쌍으로 종 간에 서로 다른 염색체 수를 갖는다.

두 개의 상동염색체(homologous chromosome)는 수정 중에 서로 짝을 이루는 부계 염색체와 모계 염색체의 집합이다. 상동염색체는 유사분열 및 감수 1분열 전기에서 염색사의 응축으로 인해 같은 크기, 모양의 다른 상동염색체와 쌍을 이루는 2가 염색체를 형성한다. 특히 감수 1분열 전기에는 염색체 한 쌍이 붙었다가 염색체의 한쪽을 교환하는 염색체 교차가 일어나기도 한다. 그리고 감수분열 중기에는 상동염색체 중앙에 있는 동원체에 방추사가 연결되고, 후기에 2가염색체가 2개의 상동염색체로 나뉘어 서로 다른 세포로 들어가게 되며, 반수체가 된다. 또 감수 2분열 후기에서는 상동염색체가 2개의 염색분체로 나뉘어진다. ¹⁾

염색체의 부분명칭을 나타낸 그림 (출처: 박순주)

염색체 수의 감소와 증가는 감수분열 도중에 염색체 비분리가 일어나거나, 염색체의 전좌, 역위, 결실, 복제 등의 염색체 돌연변이 발생으로 염색체의 수가 변하게 된다. 예를 들어 밀의 경우, 2배체의 외알밀(AA)과 야생밀(BB)의 교잡으로 잡종(AB)이 만들어졌는데, 염색체 비분리에 의해서 AABB의 4배체(4n=28) 에머밀이 형성되었고, 에머밀(AABB)과 야생 근연종(DD)이 교잡하여 3배체의 잡종밀(ABD)이 형성된다. 마지막으로 이 3배체 잡종에서 염색체 비분리가 일어나 6배체의 빵밀(AABBDD)이 형성되었다.³⁾

1. 생명과학교재편찬회 역 (2018) 생명과학, 지구의 생명, 탐구당
2.
3. 김상태, 박영철, 서경인 등 역, (2008) 진화학, 라이프사이언스