야생 식물인 테오신테가 수천 년 동안 인간의 선택적 재배와 유전적 변화를 거쳐 지금의 옥수수로 진화한 과정은 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 과거의 옥수수는 오늘날의 옥수수보다 알이 작고 단단하며 낟알 수도 적었다고 하는데요. 야생 식물인 테오신테가 수천 년 동안 인간의 선택적 재배와 유전적 변화를 거쳐 지금의 옥수수로 진화한 과정은 무엇이며, 이러한 변화에 관여한 유전자에는 어떤 것들이 있나요?

Answer 1

사실 야생의 테오신테는 가지가 많고 단단한 껍질에 낟알이 겨우 몇 개만 박혀 있던 형태였습니다.

하지만 약 9,000년 전 중미 원주민들은 더 먹기 좋고 수확이 편한 변이 개체를 선별해 재배하기 시작했는데, 이 인위선택이 수천 년간 이어지면서 테오신테는 현대의 옥수수로 진화했습니다.

이러한 변화는 무수한 유전자가 아니라 단 몇 개의 핵심 유전자 변이 덕분에 비교적 빠르게 일어났습니다.

우선 tb1 유전자는 식물의 가지치기를 억제하여 굵고 곧은 줄기 하나만 남기도록 바꿨고, 이 덕분에 영양분이 분산되지 않고 줄기에 집중되어 큼직한 이삭이 효율적으로 발달할 수 있었습니다.

그리고 tga1 유전자는 낟알을 감싸던 단단한 보호막을 부드러운 형태로 퇴화시켰는데, 그 결과 낟알이 외부로 노출되어 인간이 쉽게 수확하고 먹을 수 있는 구조가 되었습니다.

또한 옥수수는 씨앗이 저절로 떨어지지 않아 인간의 심어주지 않고는 생존할 수 없는 완전한 인공 작물이 되었습니다.

이는 인류가 자연의 작은 돌연변이를 선택해 생태계를 바꾼 대표적인 농경 개량의 역사인 것이죠.

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

옥수수는 약 9천년 전 멕시코에서 테오신테를 지배하며 낟알이 크고 수확량이 많은 개체를 선택한 결과입니다. 이 과정에서 tb1유전자는 곁가지 성장을 억제해 줄기를 단순하게 만들었고 tga1 유전자는 낟알을 감싸던 단단한 껍질을 줄였습니다. 이후 지속적인 인위 선택으로 오늘날의 큰 이삭과 많은 낟알이 형성됐습니다.

Answer 3

안녕하세요. 질문해주신 옥수수는 약 9,000년 전 멕시코 남부에서 자라던 야생 식물인 테오신테로부터 진화했습니다. 테오신테는 오늘날의 옥수수와 달리 줄기에서 가지가 많이 갈라지고, 작고 단단한 열매에 소수의 낟알만 들어 있었습니다. 낟알은 단단한 껍질에 둘러싸여 있어 자연 상태에서 씨앗을 퍼뜨리는 데 유리했지만, 인간이 식량으로 이용하기에는 불편했습니다. 초기 농경민들은 낟알이 크고 많으며 수확하기 쉬운 테오신테를 의도적 또는 무의식적으로 골라 재배했고, 이러한 선택이 여러 세대에 걸쳐 반복되면서 옥수수의 유전적 특성이 변화했는데요, 이러한 과정을 인위선택이라고 합니다.

이러한 변화에 중요한 역할을 한 유전자 중 하나는 tb1입니다. 이 유전자는 식물의 가지 발달을 조절하는데, 테오신테에서는 가지가 많이 발달하지만 옥수수에서는 tb1의 발현 조절 변화로 곁가지의 성장이 억제되어 하나의 굵은 줄기와 큰 이삭이 발달하는 형태가 나타났습니다. 또 다른 중요한 유전자는 tga1인데요, 이 유전자는 낟알을 둘러싸는 단단한 껍질 구조에 관여합니다. 테오신테에서는 낟알이 단단한 껍질에 싸여 있지만, tga1의 유전적 변화로 옥수수에서는 낟알이 껍질 밖으로 드러나고 사람이 쉽게 이용할 수 있는 형태로 바뀌었습니다. 이 밖에도 gt1 등 식물의 가지와 곁줄기 발달에 관여하는 유전자들이 옥수수의 형태 변화에 영향을 주었습니다. 낟알의 크기와 수, 이삭의 구조 및 수확량 역시 하나의 유전자만으로 결정되는 것이 아니라 여러 유전자와 유전자 발현 조절의 복합적인 변화로 형성되었습니다. 즉 테오신테가 오늘날의 옥수수로 변화한 것은 식물의 전체적인 생장 형태와 번식 구조가 인간의 재배 환경에 적합하도록 바뀐 과정입니다. 감사합니다.