【생물학】 5-1강. 유전자의 수평적 전달

5-1강. 유전자의 수평적 전달

 

추천글 : 【생물학】 5강. 세포분열과 암 

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1. 바이러스 [본문]

2. 박테리아의 재조합 [본문]

3. 이동성 DNA [본문]

4. 원형질 연락사 [본문]

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1. 바이러스 [목차]

 

 

2. 박테리아의 재조합 [목차]

⑴ 외부의 DNA를 세포 안으로 도입하는 방법

① 형질전환(transformation) : CaCl₂ 형질변환 등

② 형질도입(transduction) : 파지 등 바이러스를 통해 세포주에 DNA를 주입하는 방법

③ 형질 주입(transfection) : 직접 DNA를 세포주에 주입시키는 방법

④ 접합(conjugation)

⑤ 전기천공법(electroporation)

⑥ 미세주입법(microinjection)

⑦ 유전자 총(particle gun)

 

출처 : Wikipedia

 

Figure. 1. 유전자 총 방법으로 유전자 삽입^]

 

⑧ 프로토플라스트(protoplast) 형성 : 효모, 식물세포 프로토플라스트

⑵ 형질전환(transformation) : 외부 환경으로부터 다른 세균 개체의 DNA를 받아들여 세균의 유전형과 표현형이 변하는 과정

① 실험자는 미생물을 DNA와 binding하기 쉬운 competent cell로 만들어야 함

② 형질전환을 통해 유전자 지도를 작성할 수 있음 : 동시에 형질전환을 일으킬수록 가까이 위치

⑶ 형질도입(transduction) : 박테리오 파지가 한 숙주 세균으로부터 다른 숙주 세균으로 유전자를 옮기는 과정

① 일반적으로 독성 파지, 특수한 경우에 온건성 파지를 사용

② 1^st. 파지가 어떤 박테리아를 감염함 : 이 박테리아가 공여세포가 됨

③ 2^nd. 파지 DNA가 복제되고, 세포는 파지 유전자에서 암호화하는 단백질을 대량으로 합성

○ 그동안 파지 단백질은 숙주세포가 암호화하는 단백질이 합성되지 못하도록 방지

○ 숙주세포의 DNA는 잘려짐

④ 3^rd. 새로운 파지 입자가 조립될 때 특정 대립유전자를 포함하는 박테리아 DNA 조각이 파지의 캡시드 안에 포장되기도 함

⑤ 4^th. 그 대립유전자를 지니는 파지가 수용체 박테리아를 감염시키면, 공여세포와 수용세포 사이에 재조합이 일어남. 이 과정은 상동재조합으로 교차 현상과 유사

⑥ 5^th. 그 결과 재조합세포의 유전형은 공여체나 수용체와 다른 형태로 나타날 수 있음

⑦ 형질도입을 통해 유전자 지도를 작성할 수 있음

⑷ 접합(conjugation) : 일시적으로 인접해 있는 두 개의 박테리아 사이에서 유전물질이 직접 전달되는 현상

① 플라스미드(plasmid) : 박테리아 간에 항생제 내성 정보를 공유하기 위한 작은 환형 DNA 

② F 플라스미드

○ F 플라스미드 : 25개의 유전자로 구성. 대부분 성선모에 필요한 유전자 (예 : tra gene)

○ F 플라스미드를 보유하면 공여체 세포(F⁺)이고, 그렇지 않으면 수용체 세포(F^-)임

○ F⁺는 F^-에게 F 플라스미드를 전달하여 F⁺로 만듦

③ 일반 공여체 균주 접합 : 공여체 세포(donor cell)에서 수용체 세포(receiver cell)로 성선모를 통해 유전물질 이동

○ 1^st. F⁺ 세포는 F^- 세포와 접합통로를 형성하고 플라스미드의 한 가닥이 끊어짐

○ 수용체 세포의 조건 : rec⁺

○ 2^nd. 끊어지지 않은 가닥을 주형으로 삼아 세포는 새로운 가닥을 형성

○ 3^rd. 그동안 끊어진 가닥은 떨어져 나와 한쪽 끝이 F^- 세포로 들어감

○ 4^th. 수용체 세포에서 플라스미드가 원형으로 연결됨

○ 5^th. 수용체 세포도 F⁺ 세포가 됨

○ 접합통로는 전체 염색체와 나머지 F 인자가 완전하게 전달되기 전에 떨어져 나감

○ 공여체 세포가 가진 DNA 중 일부를 수용체 세포가 보유하고 있을 때

○ F 플라스미드는 가장 마지막에 전달되어 F⁺ 세포가 되는 것은 드묾

○ 단점 : 극히 빈도가 낮음

 

Figure. 2. 박테리아 간 접합

 

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Figure. 3. 일반 공여체 균주 접합^]

 

④ 고빈도재조합 균주 접합

○ 고빈도 재조합(Hfr) 공여세포 : 염색체 DNA(Bac)에 F 인자가 삽입되어 있는 균주

○ F 플라스미드가 유전체에 임의로 삽입

○ F⁺-F^- 접합의 낮은 빈도 문제를 해결

○ F 플라스미드와 염색체 일부를 전달 → 박테리아의 DNA 재조합 발생

○ F 인자는 가장 마지막에 전달; 상대적인 위치에 따라 풀리는 회전방향(시계, 반시계)이 달라짐

⑤ 접합 중단 실험(interrupted mating technique) : 유전자 지도 작성에 응용

 

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Figure. 4. 접합 중단 실험 과정^]

 

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Figure. 5. 접합 중단 실험 결과^]

 

○ 1^st. Hfr 균주는 str^s leu⁺ thr⁺ azi^r ton^r lac⁺ gal⁺임

○ 조건 : 항생제 민감성, 영양 비요구성

○ 2^nd. F- 균주는 str^r leu^- thr^- azi^s ton^s lac^- gal^-임

○ 조건 : 항생제 저항성, 영양 요구성

○ 3^rd. 스트렙토마이신이 있고 트레오닌과 류신은 없는 배지에서 배양 : str^r leu⁺ thr⁺이 있는 균주만 살아남음

○ 4^th. 접합 후 8분이 됐을 때 azi^r가 추가로 살아남음 : str^r leu⁺ thr⁺ 옆에 azi^r가 있음

○ 5^th. 접합 후 10분이 됐을 때 ton^s가 추가로 살아남음 : str^r leu⁺ thr⁺ azi^r 옆에 ton^s가 있음

○ 6^th. 접합 후 16분이 됐을 때 lac+가 추가로 살아남음 : str^r leu⁺ thr⁺ azi^r ton^s 옆에 lac⁺가 있음

○ 7^th. 접합 후 25분이 됐을 때 gal⁺가 추가로 살아남음 : str^r leu⁺ thr⁺ azi^r ton^s lac⁺ 옆에 gal⁺가 있음

 

 

3. 이동성 DNA [목차]

⑴ 이동성 DNA는 돌연변이를 유발할 수 있음

⑵ 종류 1. 트랜스포존(transposon) 

① 정의 : 잘라 붙이기(cut and paste)

○ 가장 많이 연구된 트랜스포존으로는 Tn5, Tn9, Tn10이 있음 

② 구성 1. 전위 인자 : 실질적으로 이동을 하는 DNA

③ 구성 2. 삽입 서열(IS, insertion sequence) : 2500 염기쌍 이하

○ 특징

○ 삽입서열이 트랜스포존 양 말단에 위치

○ 중앙에 항생제 저항성 유전자가 위치할 수도 있음

○ 한 쌍의 삽입 서열이 동시에 절단됨

○ 2-1. 전위 효소 유전자(transposase) : 유전자를 다른 곳으로 삽입시키는 것을 촉매 

○ 2-2. 역반복서열(IR, inverted repeat)

○ 삽입서열 양끝에 존재하는 서열 

○ 서로 동일하지만 반대 방향

○ 예 : 5'-ATCCGGT- ··· - [transposase gene] - ··· -ACCGGAT-3'

○ 예 : 3'-TAGGCCA- ··· - [transposase gene] - ··· -TGGCCTA-5' 

○ 위의 예시는 삽입 서열이며, 5'-ATCCGGT-3', 5'-ACCGGAT-3' 부분이 역반복서열 

○ 20~40 뉴클레오타이드 

 

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Figure. 6. 트랜스포존 상에서 삽입 서열과 역반복서열의 위치

 

④ AC-DS 시스템 : 맥클린톡의 연구

 

출처 : 2008 MEET/DEET I

Figure. 7. 맥클린톡의 연구

화살표 : 전이될 수 있음을 나타냄

 

○ Ac(activator) : 트랜스포사아제를 암호화하여 스스로 전이할 수 있는 인자 

○ Ds(dissociator) : Ac에 의해 전위될 수 있는 인자. 전위 효소 유전자를 암호화하지 않음

○ Ds는 Ac에 의해 전이하여 유전자 C 군데군데의 유전암호에 덧씌움

○ Ac는 스스로 전이하여 유전자 C 군데군데의 유전암호에 덧씌움

○ 옥수수 등의 점박이 낟알의 점의 크기는 발생과정에서 전위가 일어난 시점과 관련

⑶ 종류 2. 레트로트랜스포존(retrotransposon)

① 정의 : 복사하여 붙이기(copy and paste)

② mRNA → cDNA → 다른 DNA에 삽입

⑷ 종류 3. LINE(long interspersed element) (예 : L₁)

⑸ 종류 4. SINE(short interspersed element) (예 : Alu)

 

 

4. 원형질 연락사 [목차]

⑴ 원형질 연락사(plasmodesmata) : 신호와 물질을 주고 받을 수 있는 식물세포 간 결합(cell junction)

⑵ 원형질막이 연결돼 있음

⑶ 원형질 연락사를 통해 인접 세포로 식물 바이러스가 이동

 

입력: 2015.07.12 00:08

수정: 2022.05.07 14:36