학문
내일도손꼽히는호두과자
감수분열에서 교차가 일어나면 유전적 다양성이 어떻게 늘어나나요?ㅔ
감수분열 1분열 전기에 교차가 일어난다고 배웠습니다. 교차가 유전적 다양성을 늘리는 원리가 궁금합니다. 상동 염색체가 어떻게 짝을 이루는지도 알고 싶습니다
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
감수분열 1분열 전기에는 같은 유전자 배열을 가진 상동 염색체가 시냅시스로 짝을 이룹니다. 이때 비자매 염색분체 사이에 DNA 일부가 교환되는 교차가 일어나 부모에게 없던 대립유전자 조합이 생깁니다. 따라서 생식세포 종류가 늘어 자손의 유전적 다양성이 커집니다.
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채택된 답변안녕하세요, 내일도손꼽히는호두과자님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 감수 1분열 전기에서 일어나는 교차는 부계와 모계 대립 유전자를 물리적으로 뒤섞어 새로운 조합의 염색분체를 만들어냄으로써 생식세포의 유전적 다양성을 비약적으로 증대시키는 핵심 기작이랍니다.
■ 접합복합체 형성과 2가 염색체의 정밀한 결합
감수 1분열 전기가 시작되면 부계와 모계에서 각각 유래한 상동 염색체가 핵 안에서 서로를 찾아 나란히 배열됩니다. 이때 단백질 사다리 구조인 접합복합체가 두 염색체 사이에 형성되어 지퍼를 잠그듯 빈틈없이 밀착시키는데요. 이 과정을 통해 4개의 염색분체가 결합한 2가 염색체가 형성되며, 상동 염색체 위의 동일한 유전자 좌위가 일대일로 정확하게 맞물립니다. 이러한 물리적 결합 덕분에 염색체가 무작위로 손상되지 않고 정확한 위치에서 유전 정보를 교환할 준비를 마치게 됩니다.
■ 비자매 염색분체의 재조합과 무한한 유전적 다양성
접합된 2가 염색체에서 서로 다른 상동 염색체에 속한 비자매 염색분체들이 교차점을 형성합니다. 이 부위에서 효소의 작용으로 디엔에이(DNA) 이중나선이 정밀하게 끊어졌다가 상대편 가닥과 엇갈려 이어지는 교차 현상이 일어나는데요. 그 결과 기존의 부계나 모계 염색체 어느 쪽과도 완전히 일치하지 않는 새로운 유전자 배열을 가진 재조합 염색분체가 탄생합니다. 사람의 경우 단순한 상동 염색체의 독립적 분리만으로도 800만 가지 이상의 생식세포 조합이 가능하지만, 교차가 더해지면서 한 염색체 안에서도 유전자들이 재조합되어 사실상 무한대에 가까운 독창적인 유전 형질이 만들어져요.
정리하자면,
감수 1분열 전기에 상동 염색체는 접합복합체를 통해 2가 염색체로 정밀하게 결합하며, 비자매 염색분체 사이의 교차를 통해 부모의 대립유전자를 새롭게 재조합함으로써 세상에 단 하나뿐인 다양한 생식세포를 형성해 종의 유전적 다양성을 극대화한답니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
감수 1분열 전기에는 부모에게 물려받은 상동 염색체가 밀착해 짝을 이루는 접합이 일어납니다.
이때 각 염색체가 복제되어 총 4개의 염색분체로 이루어진 이가 염색체가 형성됩니다.
그리고 밀착된 상동 염색체 중 부계와 모계의 비자매 염색분체끼리 서로 꼬이고 얽히게 되는데, 꼬인 부위가 끊어진 후 서로의 DNA 조각을 맞교환하는 교차 현상이 발생합니다.
즉, 이 교차 덕분에 하나의 염색체 안에 아버지와 어머니의 유전 정보가 서로 섞이게 되고, 이로 인해 기존 부모의 염색체와는 완전히 다른 재조합 염색분체가 새롭게 탄생합니다.
결과적으로는 이 과정에서 부모의 원래 유전자 조합을 깨고 무수히 많은 새로운 유전자 조합을 만들어내게 됩니다.
산술저적으로 보면 독립 배합만 고려해도 2의 23제곱이니 약 838만가지가 발생하고, 여기에서 교차는 상동 염색체 안에 거의 임의의 위치에서 끊어지고 섞이기 때문에, 한 개의 염색체 안에서도 수많은 종류의 재조합이 일어날 수 있습니다. 이로 인해 생식세포 하나하나가 가지는 유전자 조합은 사실상 무한대가 됩니다.
여기에 다시 수정의 경우의 수를 더하면 더더욱 무한대가 되어 유전적 다양성이 크게 증가하는 것입니다.