[1] Pre-Mendelian Understanding of Genetics
[2] Mendel, What did he do?
- Genetic Model Organism
- self-fertilize 이점
- Dominance
- Monohybrid Cross (단성잡종교배)
[1] Pre-Mendelian Understanding of Genetics
Mendels' Laws, 멘델의 유전법칙이 나오기 전!! 선조들은 생물은 다양한 모습을 가지고 있고(variable) 부모와 닮는다(heritable)는 가장 기본적인것만 알고 이해하고 있었습니다. 하지만 왜!!! 자식은 자기와 닮으면서도 다르게 보이는지, 왜 부모가 가진 특징이 자식에겐 없고 또 그 다음 자식에겐 나타나는지, 부모에게 없었던 특징이 자식에게 새롭게 나타나는지, 닮는것은 양쪽 부모에게 오는건지(biparental) 혹은 한사람에게(uniparental) 영향을 끼치는건지...등등 이런 질문에 대한 답 할 수 없었죠.
[2] Mendel, What did he do? 그렇다면 멘델이 뭘 했길래...?
형질(traits)을 생물 전체를 두고 따져보는게 아니라 각각 개인적으로 살펴보기 시작하면서, 실험으로 모든 정보를 수집하고 데이타를 계산했습니다. 즉, collecting data가 실험에서 중요한 요소중에 하나인데 그걸 했다고 보면 됩니다. 그리고 가장 중요한점은, 완두콩을 model로 삼아 실험을 진행했다는 점이예요.
그렇다면 Genetic Model Organism이란 무엇인지 살펴보자면-
* Genetic Model Organism
: rapid generation time, easy to grow/breed, can examine large numbers of offspring, can self-fertilize (세대별 나타나는 특징을 알아보기위해 빨리 & 쉽게 자라고 자가수정이 가능하고 많은 자손을 낳아야한다.)
→ 많은자손이 필요한 이유(large numbers of offspring)는, 조금 더 정확한 빈도를 계산하기 위해서라고 보면 됩니다. 예를들어 동전을 던졌을때 앞이 나올 확률이 1/2이라는걸 알고 계실텐데요. 한번만 던지면 이 확률이 맞지 않을 가능성이 높죠. 예를들어 앞앞 만 나온다던가, 뒤뒤만 나올 수 있으니까요. 하지만 동전 던지는 횟수가 많아질수록 확률은 1/2에 가까워집니다. 이처럼 많은 숫자로 인해 빈도를 더 정확히 계산할 수 있기에, 이처럼 많은자손은 이런 정확한 빈도를 계산하는데 도움이 됩니다.
→ 식물에서 자가수분(self-fertilize)은, 쉽게보면 동물로 따져보면 근친교배와 같은것인데요, 하나의 개체에서 수정을 시키는 것 입니다. 뒤에 설명을 더 적겠지만, F1 세대에서 이렇게 자가수분을 하면 부모와 똑같은 자식이 나오는지 혹은 새로운 형질이 나타나는지 확인할 수 있기에 자가수분을 하는 것이다.
Cross-fertilization(타가수정, 타가수분) 과 Self-fertilization(자가수정, 자가수분)은 위에 그림에서도 알 수 있듯이, 오른쪽 자가수분은 한 꽃에 있는 암술(stigma)에 꽃가루(pollen)을 뭍히게 하는 것이고 타가수분은 한 꽃에 있는 꽃가루를 뭍혀 다른 꽃의 암술에 뭍히고 암술옆에 있는 꽃밥을 제거하는 방식입니다.
그럼 다시 멘델로 돌아와서, 멘델은 완두콩의 형질이 뚜렷하게 분리되어 나타나는것을 이용해 실험을 하게됩니다. 예를들어 사람의 키를 보면 작은사람부터 큰사람까지 다양하기에 형질을 구분할 수 없으므로 유전연구가 힘들지만, A아니면 B 이렇게 딱 구분지어 나타나는 형질을 활용하면 실험에 더 이점이 있기 때문이죠. 그래서 멘델은 아래 그림처럼, 대립유전자(allele)만 가지고있어서 뚜렷하게 나타나는 특징, 아래 그림처럼 7가지 특징을 기준으로 연구를 했습니다.
<용어> 염색체에 있는 유전자(gene)에는 어떻게 생기는지에 관한 형질(trait)의 정보가 들어있습니다. 이때 대립유전자를 allele라고 하며, 유전자들이 AA 이런식으로 이배체(diploid)로 되어있는데 AA 혹은 aa 이렇게 같은 대립유전자로 구성되어있으면 동종접합체 (homogygote)이고 Aa 이런식으로 다른 대립유전자로 구성되어있으면 이형접합체(heterozygote)라 합니다.
위 그림에서 보라색꽃, 흰색꽃 이렇게 눈으로 보여지는 형질을 표현형(phenotype)이라 하고, 실제 어떤 유전자를 가지고있는지 나타내는것이 유전자형(genotype)입니다. 중요한점은 표현형이 같다고 해서 유전자형이 같다는건 아니죠. 즉, 보여지는것과 실제 유전자는 다르다는 것 입니다. 이때 유전자는 homogygote가 될수도, heterozygote가 될수도 있다는 뜻 입니다.
* Dominance(우성)
One of the two traits in an antagonist pair was dominant and would always be manifest in the hybrid.
예를들어 보라색꽃과 하얀색꽃을 교배했는데, 그 다음세대가 모두 보라색꽃이 나왔으면 보라색이 우성을 띈다라고 말합니다. 이때 중요한점은, 상호교배(reciprocal cross) - 각각 다른 형질가지는 개체끼리 교배를 할때 암수를 바꿔 교배해보는것을 말함. - 를 통해도 우성인자가 같아야 합니다. 즉, 보라색꽃이 아빠냐, 엄마냐를 떠나서 일단 보라색꽃과 하얀색꽃이 만나면 그 다음세대는 무조건 보라색 꽃이 나와야 우성이라 볼 수 있습니다. 그래서 나타나는 형질을 우성(dominant)형질, 나타나지 않는 형질을 열성(recessive)형질이라 합니다.
* Monohybrid Cross (단성잡종교배)
단성잡종교배란 하나의 대립형질만 다르고, 다른 특성은 모두 같은 상태인 애들끼리 교배하는 것 입니다. Monohybrid Cross 실험방법은 아래 그림과 같습니다. 노란색완두(아빠)와 초록색 완두(엄마)로 첫번째 교배 (Parental, P라고 지칭)를 합니다. 그렇게 나온 자손이 모두 노란색 완두콩이 나왔고 (First filial, 첫번째 자식 이하 F1이라고 함) 이것들을 자가수분을 했더니 그 다음 세대(Second filial, F2라 지칭)에서 초록색 완두콩이 나왔습니다.
이처럼 열성형질이 다시 나타남으로서, 열성형질이 다른 성질과 섞이는게 아니라는 점, 이런 형질이 부모 중 한명에서만 유전이 되어 자식에게 나타나는게 아니라는것을 밝혀냈습니다. 그래서 유전은 양쪽 부모에게 영향을 받고 (biparental ingeritance), 형질이 우성형질(F1에서 나타나고)과 열성형질(F1에서 나타나지 않고)이 있다는 점을 알게되었죠.