염색체 교차는 왜 유전적 다양성을 만드는 핵심 과정으로 여겨지나요?

Question

감수분열 중 상동염색체 사이에 유전물질이 교환되는 교차가 일어난다고 배우는데, 이 과정이 왜 자손의 유전적 다양성을 크게 늘려주는 역할을 하는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

염색체 교차는 부모에게서 물려받은 유전자 조합을 새로운 조합으로 섞어주는 과정이기 때문에 유전적 다양성을 크게 높입니다. 감수분열에서 상동염색체의 비자매 염색분체가 DNA일부를 서로 교환하면서 한 염색체 안에 아버지, 어머니에게 유래한 유전자 조합이 새롭게 만들어집니다. 여기에 염색체의 독립적인 분리와 무작위 수정까지 더해지면서 형제자매도 서로 다른 유전적 조합을 갖게됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 말씀해주신 염색체 교차가 유전적 다양성을 만드는 핵심 과정으로 여겨지는 이유는 부모에게서 받은 유전정보를 새로운 조합으로 섞어 주기 때문입니다. 감수분열을 할 때 부모에게서 하나씩 물려받은 상동염색체가 서로 짝을 이루는데, 이 과정에서 서로 대응하는 부분의 DNA가 교환됩니다. 이를 염색체 교차라고 합니다. 예를 들어 한 염색체에 A-B-C라는 유전자 조합이 있고 다른 상동염색체에 a-b-c라는 조합이 있다면, 교차가 일어난 뒤 A-B-c나 a-b-C처럼 이전에는 없던 새로운 유전자 조합이 만들어질 수 있습니다.

이렇게 만들어진 염색체는 이후 난자나 정자에 들어가기 때문에 자손은 부모가 가지고 있던 유전자를 단순히 한 세트씩 물려받는 것이 아니라 서로 다른 유전자 조합을 가진 생식세포를 받게 되는데요, 여기에 감수분열 과정에서 상동염색체가 무작위로 나뉘는 독립적 분리와 수정 과정에서 어떤 정자와 난자가 만나는지가 무작위라는 점까지 더해지면서 자손마다 유전적 구성이 크게 달라집니다.

특히 교차의 중요한 특징은 같은 부모에게서 태어난 형제자매조차 서로 다른 유전자 조합을 갖게 만드는 데 기여한다는 것인데요, 따라서 교차는 단순히 DNA를 복사하는 과정이 아니라, 기존에 존재하던 유전적 정보를 재조합하여 새로운 조합을 만들어 내는 과정이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.

Answer 3

염색체 교차는 부모에게서 물려받은 기존의 유전자 조합을 섞어 전혀 새로운 대립유전자 조합을 만들어내기 때문입니다.

감수 1분열 전기에 상동염색체가 만날 때, 비자매 염색분체끼리 유전물질 일부를 무작위로 교환하는데, 이 과정에서 한 염색체 위에 부계 유전자와 모계 유전자가 섞인 재조합 염색체가 만들어집니다.

만일 교차가 없다면 단순히 독립적 분배만 일어나 약 830만 개의 생식세포 조합만 가능하지만, 교차가 어디서 몇 번 일어날지 매번 달라지므로, 생성 가능한 유전자 조합은 사실상 무한대가 되는 것입니다.

이 덕분에 동일한 부모 밑에서 태어난 자녀라도 서로 완전히 다른 유전적 특성을 지니게 되는 것이죠.

특히 이런 다양한 유전자 조합을 가진 집단은 감염병이나 급격한 환경 변화에도 멸종하지 않고 살아남을 확률이 높고, 자연선택 과정에서 환경에 적합한 유전자 조합을 빠르게 확산시킬 수 있는 장점이 있습니다.