7강. 유전과 유전학(heredity and genetics)
추천글 : 【생물학】 생물학 목차
1. 유전자와 염색체 [본문]
2. 멘델 유전학 [본문]
3. 연관과 교차 [본문]
4. 비멘델 유전학 [본문]
5. 성과 성연관 [본문]
6. 양적 유전학 [본문]
7. 유전검사 [본문]
a. 초파리와 유전학
b. 유전학 고난이도 문제
c. 유전자 라이브러리
e. 셀 타입 마커 유전자
1. 유전자와 염색체 [목차]
⑴ 멘델 이전의 유전학
① 정자론적 유전
② 난자론적 유전
③ 유전자의 혼합설(연속설)
④ 유전자의 입자설 : 멘델이 입자설을 주장 → 채택
⑵ 유전자와 염색체의 관계에 관한 고전적 가설
① 서턴의 염색체설 : 유전자는 염색체 속에 존재하는 작은 입자라고 주장
② 모건의 염색체설 : 대립유전자는 유전자상의 동일 좌위에 있다고 주장
⑵ DNA가 유전물질임을 규명한 고전적 실험
① 형질전환 실험
○ 그리피스 실험 : R형 세균이 S형으로 형질이 전환됨을 보임
○ 에이버리 실험 : 그리피스 실험을 발전, 형질전환을 일으키는 물질이 DNA임을 밝힘
② 허시와 체이스 실험 (1952년)
○ 1st. 32P (DNA 표지), 35S (단백질 표지)의 동위원소로 각각 방사성 동위원소로 표기된 파지 생성
○ 2nd. 대장균에 감염시킨 뒤 배양
○ 3rd. 믹서에 넣어 대장균과 파지를 분리시킴
○ 4th. 원심분리를 통해 핵과 나머지를 분리시킴
○ DNA의 구성원소 : C, H, O, N, P ↔ 단백질의 구성원소 : C, H, O, N, S
○ 대장균과 T2 파지를 이용하여 DNA가 유전물질임을 입증
○ 대장균과 T2 파지는 크기에 현저한 차이가 있어 분리가 가능
③ DNA가 유전물질이라는 추가적 증거
○ 샤가프의 법칙 : [A] = [T], [G] = [C] (종이 크로마토그래프로 증명)
○ 한 개체의 모든 체세포가 가지는 DNA 양은 동일
○ 세포분열 시 DNA의 양이 변동
○ 260 nm (DNA 최대흡수 파장)의 빛에서 돌연변이율이 가장 높음. 280 nm에서 돌연변이 미발생
⑶ DNA의 양
① 하나의 염색체는 하나의 DNA로 구성
② 하나의 염색체는 107 - 1010 bp로 구성
③ 전체 DNA의 양은 3 × 109 bp로 구성
⑷ 유전자 : 단백질을 암호화하는 DNA 서열이며 mRNA로 전사
① 인간 유전체에는 약 3만여 개의 유전자가 있음
② 103 - 106 bp
③ 대립유전자(allele) : DNA 상의 동일한 좌위에 있는 서열이 다른 서로 다른 유전자
④ 형제자매들은 평균적으로 약 50%의 대립유전자를 공유
⑤ 이유 : 임의의 유전자가 부계 또는 모계인지가 일치할 확률이 50%이기 때문
2. 멘델 유전학 [목차]
⑴ 유전자형과 표현형
① 형질(character) : 개체 간 차이가 나는 특징들 (예 : 색깔)
② 대립형질 : 형질 중에서 서로 명확하게 대비될 수 있는 형질 (예 : 모양은 둥근 것 ↔ 주름진 것 대비 명확)
③ 표현형(trait, phenotype) : 한 개체가 나타내는 형질의 유형 (예 : 보라색, 빨간색)
○ 야생형(wt), 돌연변이형(mt), 우성 형질, 열성 형질
④ 유전자형(genotype) : 한 개체가 가진 유전자의 유형
○ 동형접합자(homozygous) : 두 대립유전자가 같은 경우 (AA, BB, OO)
○ 이형접합자(heterozygous) : 두 대립유전자가 다른 경우(AB, AO)
⑤ 열성 : 대립유전자의 표현형이 동형접합자에서만 나타나는 형질(OO)
⑥ 우성 : 표현형이 이형접합자에도 나타나는 형질 (AA, AO; BO, BB)
⑦ 보인자 : 열성 질환에 대한 이형접합자
⑧ 교배
○ 단성교배 (ex. Aa), 양성교배 (ex. AaBb)
○ 자가수분(↔ 타가수분) : 유전자형이 같은 것끼리 교배, 품종을 개량할 때 많이 사용
○ 검정교배(testcross) : 한 개체와 열성동형접합 개체와 교배를 하는 것으로 유전자형을 알 수 있음
○ 상호교배(상반교잡, reciprocal cross) : 부계의 유전자형을 갖는 모계와 모계의 유전자형을 갖는 부계 간 교배시키는 것. 성연관 유전 여부를 알 수 있음
○ p 세대, F1 세대 (잡종 1세대), F2 세대 (잡종 2세대)
⑵ 멘델법칙
① 멘델 형질 : 멘델의 실험과 같이 유전 방식이 쉽게 판별될 수 있는 형질
② 식물 잡종 연구(1860년대) : 우성과 열성이 뚜렷한 완두콩의 7 대립형질 유전 연구
○ 콩의 껍질 : 둥근 회색, 주름진 흰색
○ 대립유전자는 아밀로펙틴과 관련된 SBE(starch branch enzyme)를 암호화하는 효소
○ 주름진 완두가 삼투압이 더 큼 : 물을 머금어서 팽창된 상태에서 건조되면 주름지게 됨
○ 콩 속의 색 : 노란색, 녹색
○ 꽃의 색 : 흰색, 보라색(붉은색)
○ 콩깍지의 모양 : 매끈한 깍지, 주름잡힌 깍지
○ 콩깍지의 색 : 노란색, 녹색
○ 꽃 피는 자리 : 가지 사이, 꼭대기
○ 줄기 크기 : 큼, 작음
③ 완두의 장점
○ 완두는 세대 기간이 짧음 (3달)
○ 완두는 굉장히 많은 자손을 남김
○ 완두는 재배가 쉽고 생식을 제어하기 용이
○ 완두는 자가생식(self-fertilization), 타가생식(cross-fertilization)이 모두 가능
○ 완두의 형질 및 우열관계가 매우 뚜렷함
○ 한 쌍의 대립형질은 멀리 떨어져 있어 연관을 따르나 독립의 법칙처럼 보임
④ 실험의 설계, 결과의 수학적 사고(통계처리)의 중요성 부각
○ 멘델은 개체가 순종(true-breeding)인지 확인하기 위해 검정교배(testcross)를 시행
⑤ 멘델법칙 : 분리의 법칙(단성), 우열의 법칙(단성), 독립의 법칙(양성)
○ 형질을 결정하는 데 여러 종류의 대립유전자가 결정
○ 우열의 법칙 : 서로 대립형질인 두 순계를 교배시 F1에서 어버이의 형질 중 하나만 나타난다는 법칙
○ 즉, 이형접합인 경우 한 대립유전자의 형질만 나타낸다는 의미
○ 이형접합에서 나타나는 형질이 우성(dominant), 그렇지 않은 형질이 열성(recessive)
○ 혼합설과 대비
○ 분리의 법칙 : 생식세포는 유전자가 반이기 때문에 두 개의 대립유전자 중 오직 한 개만 전달
○ 한 개체는 오로지 두 개의 대립유전자만을 각 부모로부터 물려받음
○ 분지법(forked line)을 적용할 수 있음
○ 독립의 법칙 : 대립관계가 아닌 두 유전자는 독립적으로 단성유전된다고 추측. 연관을 고려하지 않음
○ A_B_ : aaB_ : A_bb : aabb = 9 : 3 : 3 : 1인 경우 독립
⑶ 퍼네트 사각형(퍼넷 사각형, punnett square)을 통한 유전자형 결정
① 예 : 둥근노랑과 주름녹색
Figure. 2. 멘델 완두 실험에서 퍼네트 사각형을 그리는 법
⑷ 가계도(pedigree) 분석
⑸ 상보성 검사(complementary test, cis-trans test)
① 정의 : 특정 돌연변이 형질과 관계된 유전자들이 동일한 유전자인지 서로 다른 유전자인지 검사하는 것
② 예시 : 아래 예시에서 1번 (= 3번 = 5번) 유전자, 2번 유전자, 4번 유전자 등 총 세 개의 돌연변이 유전자가 존재
Figure. 4. 상보성 검사 예시
⑹ 유전질환
① 연골발육부전증
3. 연관과 교차 [목차]
⑴ 초파리 연구
① 연관에 대한 이론적 정립은 모건을 시작으로 초파리를 연구하면서 이뤄짐
② 유전학 연구 대상으로서의 초파리의 장점
○ 쉽게 구할 수 있음
○ 사육이 쉽고 사람에게 해를 끼치지 않음
○ 새끼를 많이 낳고 2주마다 번식이 가능
○ 염색체가 4쌍으로 수가 적은 편
⑵ 연관(linkage)
① 2개 이상의 비대립 유전자가 동일 염색체 상에 존재하여 동일하게 행동
② 사람은 23개의 연관군을 가짐
③ 상인과 상반
○ 상인(coupling, cis-configuration) : AB 염색체와 ab 염색체를 가지는 개체
○ 상반(repulsion, trans-configuration) : Ab 염색체와 aB 염색체를 가지는 개체
○ 교차 실험을 할 때 상인을 기반으로 했는지 또는 상반을 기반으로 했는지 먼저 파악해야 함
○ 경우 1. 상인 연관 AaBb × 상인 연관 AaBb : 부모와 자손의 유전자형이 같을 확률은 ¼. 자손의 표현형은 2종류
○ 경우 2. 상반 연관 AaBb × 상반 연관 AaBb : 부모와 자손의 유전자형이 같을 확률은 ½. 자손의 표현형은 3종류
○ 경우 3. 상인 연관 AaBb × 상반 연관 AaBb : 자손의 표현형은 3종류
○ (참고) 경우 1 ~ 경우 3에 대해 A는 a에 대해 우성이고 B는 b에 대해 우성
○ 예제
④ 완전연관, 불완전연관
○ 완전연관(complete linkage) : 부모형만 생산하는 연관. 두 유전자가 매우 가깝고 자손수가 적은 경우
○ 즉, 100% 공동유전되는 경우
○ A_B_ : aaB_ : A_bb : aabb = 3 : 0 : 0 : 1인 경우 상인 완전연관
○ A_B_ : aaB_ : A_bb : aabb = 2 : 1 : 1 : 0인 경우 상반 완전연관
○ 불완전연관(incomplete linkage) : 부모형과 재조합형(교차형)을 모두 생산하는 경우
⑶ 교차(crossover)
① 감수 제1분열 전기 2가염색체(4분염색체) 형성 시 자매염색분체 절편이 교환되는 것
○ 1분열 분리(FDS, first-division segregation) : 교차가 없는 경우
○ 2분열 분리(SDS, second-division segregation) : 교차가 있는 경우
○ 카이즈마(chiasma) : 교차가 일어난 곳. 수는 염색체 길이에 비례
② 교차율은 연관된 두 유전자 간 거리에 비례
③ 공식 1. 교차율 = 교차가 일어나는 생식세포 수 ÷ 총 생식세포 수 × 100
④ 공식 2. 교차율 = 검정교배에서 교차에 의해 생긴 개체 수 ÷ 검정교배 결과 얻은 개체 수 × 100
⑤ 다중교차 : 다중교차의 확률은 이론적으로 각 독립 단일교차 확률의 곱과 같음
⑥ 교차율은 최대 50 % : 두 유전자 간 거리가 매우 먼 경우 독립의 법칙을 만족하며 독립시 교차율은 50%이기 때문
⑦ 교차율 계산 문제점
○ 두 연관 유전자 사이에 교차가 짝수 번 일어나면 교차율에 반영되지 않음
○ 간섭(interference) : 한 부위 교차가 다른 교차를 방해(음의 간섭, 대부분)하거나 촉진(양의 간섭)하는 것
○ 두 유전자 간 거리가 멀어질수록 교차율이 부정확해짐
⑷ 유전자 지도
① 3점 검정교배법으로 얻은 교차율을 바탕으로 한 염색체 상에 유전자의 위치를 한 선상에 그린 것
○ 검정교배법 : 모든 유전자가 이형접합인 개체와 열성 동형접합자 간 교배
○ 1st. 8개의 개체 중 두 개씩 그룹화
○ 2nd. 다수 개체 한 쌍이 부모형
○ 3rd. 최소 개체 한 쌍이 중간에 위치한 유전자 (∵ 이중교차는 확률이 굉장히 낮으므로)
○ 4th. 중간 유전자와 다른 각각의 유전자 간 교차율 계산
○ 추후 관련 문제 업데이트
② 1 cM(centi-Mogan) : 교차율이 1%가 되는 지도거리
③ 이중교차
○ 25 cM 이하의 값에서는 재조합 빈도와 지도거리 간에 거의 비례관계를 이룸
○ 그 이상에서는 교차율이 지도거리에 비해 낮게 나타남
○ 이유 : 이중교차 등이 일어나기 때문
○ 응용 : 가장 멀리 떨어진 두 유전자 간 교차율은 중간 유전자와 각각의 거리의 합보다 작음
4. 비멘델 유전학 [목차]
⑴ 공동우성 : 두 대립형질이 모두 표현형으로 발현
① MN 혈액형
② ABO식 혈액형 : IA와 IB는 공동우성. i 는 열성
Figure. 5. ABO식 혈액형 유전
○ 19번 염색체상에 적혈구 표면의 당단백질을 암호화하는 유전자
○ AB형 : IAIB
○ A형 : IAIA or IAi
○ B형 : IBIB or IBi
○ O형 : ii
⑵ 불완전우성(중간유전) = 동형접합자에서만 완전한 표현형. 이형접합자의 표현형은 중간
① 양적 유전 : 대체로 색소, 수용체(예 : 고콜레스테롤혈증과 LDL 수용체) 등에 대한 유전
② 금어초(분꽃)의 꽃색깔 : Rr × Rr
○ RR : Rr : rr = 붉은색 : 분홍색 : 흰색 = 1 : 2 : 1
○ 팁 : 색깔에 대한 유전은 공동우성이 아니라 불완전우성이다.
⑶ 복대립유전 : 한 유전자 좌위에 3개 이상의 대립유전자가 오는 경우. 주로 돌연변이로부터 기인
① ABO식 혈액형의 유전자는 3개의 대립유전자(복대립유전자)로 결정
⑷ 다면발현 : 하나의 대립유전자의 효과가 2개 이상의 표현형
① 낭포성 섬유증(cystic fibrosis; CF) : 열성 유전병
○ 1st. 7번 염색체의 CFTR 유전자 결함
○ 2nd. 상피세포 밖으로 염소이온을 수송하는 채널에 변이 발생
○ 3rd. 염소이온이 과다하게 배출되어 많은 수분이 상피세포 밖으로 배출
○ 증상 : 진한 점액의 축적, 반복되는 폐 감염, 소화장애, 간 기능 손상, 수명 단축
○ 미국의 백인 기준 2,500명 중 한 명 꼴로 발생
○ Pseudomonas aeruginosa의 폐 감염이 CF 환자들의 사망의 주된 원인
② 혈우병(인자 Ⅶ) : 과다 출혈, 멍, 관절 통증 및 붓기, 시력상실 등
③ 겸형 적혈구 빈혈증(sickel cell anemia)
○ 정의 : 헤모글로빈의 β 사슬의 6번째 아미노산이 글루탐산(Glu, 친수성)에서 발린(Val, 소수성)으로 바뀐 질병
○ N 말단 - Val - His - Leu - Thr - Pro - Glu / Val - Glu - ···
○ 헤모글로빈 변이체의 종류 : 약 500 종류
○ 대부분 1개의 글로빈 폴리펩타이드 사슬에서 1개의 아미노산 치환으로 인해 발생
○ 예 1. HbS (sickel-cell Hb) : 표면에서 하나의 Glu를 Val으로 치환
○ 예 2. Hb Cowtown : T 상태 안정화에 관여하는 이온쌍의 제거
○ 예 3. Hb Memphis : 표면에서 비슷한 크기의 잔기를 비전하 극성 잔기로 치환. 거의 중립 돌연변이
○ 예 4. Hb Bibba : α 나선에 관여하는 1개의 Leu를 Pro으로 치환
○ 예 5. Hb Milwaukee : 1개의 Val을 Glu으로 치환
○ 예 6. Hb Providence : 사합체 중심에 정상적으로 튀어나온 1개 Lys을 Asn으로 치환. BPG 결합 ↓. 산소포화도 ↑
○ 예 7. Hb Philly : 1개의 Tyr을 Phe로 치환하여 α1β1 접합 부위에서 수소결합 파괴. BPG 결합 ↑. 산소포화도 ↓
○ 원리 : 친수성 아미노산이 소수성 아미노산으로 바뀌면서 입체구조가 크게 바뀜
○ 변이 헤모글로빈의 섬유화(clump) 현상 : 소수성 상호작용 때문에 헤모글로빈끼리 엉겨붙어 섬유를 형성
○ 섬유화 현상은 헤모글로빈이 낫 모양이 되는 이유가 됨
○ 미오글로빈에서는 동일한 유전자 변이가 관찰되지 않음 : 미오글로빈은 단위체가 1개이기 때문에
○ 유전자형에 따른 표현형
○ 우성 동형접합자 : 정상 적혈구
○ 열성 동형접합자 : 낫 모양의 적혈구, 말라리아 저항성 ↑↑, 산소 전달 효율 ↓↓
○ 이형접합자 : 일부만 낫 모양의 적혈구, 말라리아 저항성 ↑, 산소 전달 효율 ↓
○ 증상 : 류마티스 관절염, 동맥경화, 치매, 면역력 약화, 뇌졸중, 심장 약화
○ 치료 : 현재 겸상 적혈구 빈혈증 치료법은 없으며 골수이식이 증상 개선에 도움이 됨
④ 테이-삭스 질환(Tay-Sachs disease) : 상염색체 열성
○ hexoseaminidase A 결손에 의한 지질 대사 질환
○ 신생아 때 발현되어 3세 쯤 사망
⑤ 페닐케톤뇨증(PKU) : 상염색체 열성 질환
○ 정의 : PAH를 합성하지 못하는 질환
○ PAH(phenyl alanin hydrogenase) : 페닐알라닌을 수화시켜 티로신으로 바꾸는 효소
○ 티로신 : 티록신 생성, 에피네프린·노르에피네프린 생성, 멜라닌 생성
○ 페닐알라닌이 혈액 중에 쌓여 결국 소변으로 배설됨 : 검정색 오줌 생성
○ 페닐 피루브산으로 변하여 산증, 신경관 발달 장애, 정신박약, 창백한 피부를 일으킴
○ 태어난지 3 ~ 5개월 정도에도 주위 환경에 무관심하여 반응을 보이지 않음
○ 한 살이 되면 지능 저하가 두드러짐 : 성년이 되어도 지능 지수가 거의 50 이하
○ 검사 : 소변에 페닐케톤인 페닐피루브산이 배출되어 염화철에 의해 초록색으로 검출 (정상인은 갈색)
○ 치료 : 신생아가 출생 초기부터 페닐알라닌이 적은 음식을 섭취하면 신경계 발달이 정상
⑸ 다인자유전 : 하나의 표현형에 둘 이상의 유전자(좌위)가 관여, 양적 유전
① 하나의 표현형이라는 점에서 복대립 유전자와 구분됨
② 피부색, 눈 색깔 : 여러 멜라닌 합성효소(티로시나아제) + 운반 단백질 → 멜라닌 함량
○ 멜라닌은 티로신으로부터 만들어지는 흑갈색 색소 물질
○ 티로시나아제가 결핍 시 백색증
③ 키를 결정하는 유전자는 적어도 3가지 이상
○ AABBCC × aabbcc로 생긴 F1 : AaBbCc를 자가교배할 때, 정규분포가 관찰
○ 정규분포 : 6C0 : 6C1 : 6C2 : 6C3 : 6C4 : 6C5 : 6C6
④ cis AB형
○ 돌연변이로 인해 A 유전자와 B 유전자가 하나의 염색체상 서로 다른 좌위에 존재하는 경우
○ AB형 부모로부터 O형 자녀가 태어날 수 있음
⑹ 상위 : 하나의 유전자가 다른 유전자의 표현형에 영향을 주는 경우
① 개의 털색 9 : 3 : 4
○ 색소 유전자와 색소 침전 유전자가 관여
○ 9 : 3 : 3 : 1에서 색소 침전 유전자가 열성 동형접합인 3과 1이 4로 반영
○ 팁. 임의의 실험에서 12 : 3 : 1, 9 : 6 : 1, 9 : 3 : 4, 9 : 7이 관찰되면 상위!
② 보족유전자 : 서로 보충하여 하나의 형질을 표현하는 비대립 유전자
③ 봄베이 O형 (Bombay O phenotype)
○ H 유전자 : 적혈구 표면에 혈액형을 결정하는 fucose 당을 붙이는 유전자
○ H 유전자가 열성 동형접합인 경우 O형 자녀가 태어날 수 없는 조합에서 O형 자녀가 태어날 수 있음. 즉 H 유전자 좌위는 I 유전자 좌이보다 상위에 있음
○ H 유전자는 19번 염색체 상에 존재
○ ABO 대립유전자는 9번 염색체 상에 존재
④ 이중열성유전자 15 : 1
⑺ 열성치사 : 증상이 어린 나이에 발현되는 경우가 많음
① AB × AB = AA, AB, BA, BB에서 BB가 사망하여 AA, AB, BA만 나타나는 경우
○ A가 B보다 우성인 경우, A 형질 : B 형질 = 1 : 0의 비율로 나타남
○ A가 B보다 열성인 경우, A 형질 : B 형질 = 1 : 2의 비율로 나타남
② 예 : 낭포성 섬유증, 겸형 적혈구 빈혈증, 알비노증, 테이-삭스 병 등
⑻ 우성치사 : 증상이 늦게 발현되는 경우가 많음
① 유전자형과 형질
② 예 : 헌팅턴 무도병(Huntingtons' disease)
○ 30 ~ 40세에 발병하므로 후대로 전해질 수 있음
○ 진행성 난치성으로 뇌 신경세포 치사, 뇌기능 감퇴, 중추신경 장애, 무도병 증상
○ 생리적 장애로 발병 후 10 ~ 20년에 사망
○ 4번 염색체의 HD 유전자 : 3114 aa 단백질 암호 → 뇌세포 핵 내에 축적, 독성 단백질 덩어리 형성, 뇌세포 치사
○ 5'-CAG 반복서열 : RNA 중합효소의 이탈을 촉진
○ 5'-CAG 9-36회 반복 : 정상
○ 5‘-CAG 37-66회 반복 : poly Q가 글루타민 암호, 40회 반복시 40세에 발병
○ 5‘-CAG 33-36회 반복 : 예비 돌연변이, 자손에서 증가 가능성 높음
○ 5‘-CAG 100회 이상 반복 : 2살에 발병
③ 불완전 우성치사 : 이형접합자가 치사에 이르지는 않으나 기형 같은 치명적인 증상을 보이는 경우
○ 예 : 연골 발육 부전증(achondroplasia)
⑼ 유전체 각인과 비핵 유전
① 유전체 각인(imprinting)
○ 부모 중 누구로부터 형질을 전해 받았나에 의해 표현형이 달라지는 현상
○ DNA 메틸화(C 염기)에 의해 발생 : 주로 CpG island의 메틸화가 영향
○ 생식세포 생성 시 모든 유전자가 탈메틸화하여 각인이 해제된 뒤 정자인지 난자인지에 따라 재메틸화됨
○ 모계 각인을 받아 이형대립자이자 열성 형질인 수컷 개체는 부계 각인으로 인해 우성 형질을 보일 수 있음
○ 예 : 쥐의 IgF-1 유전자
○ 예 1. 쥐의 IgF-1 유전자
○ 부계각인은 인슐레이터 메틸화 → 전사 촉진
○ 모계각인은 프로모터 메틸화 → 전사 억제
○ 예 2. 프라더-윌리 증후군과 엔젤만 증후군
○ 공통점 : 염색체 결실과 유전체 각인에 의해 특정 유전자의 발현이 억제되어 나타나는 열성 형질
○ 프라더-윌리 증후군(Prader–Willi syndrome)
○ 부계 15번 염색체 결실
○ 모계 염색체의 비결실 부위가 메틸화로 인해 각인되어 PWS 유전자가 발현되지 않는 것
○ 엔젤만 증후군(Angelman syndrome)
○ 모계 15번 염색체 결실
○ 아프거나 슬퍼도 웃는 증후군
○ 부계 염색체의 비결실 부위가 메틸화로 인해 각인되어 AS 유전자가 발현되지 않는 것
② 모계영향 유전(maternal effect) : 세포질 결정인자
○ 발생 초기에 필요한 단백질은 전사시킬 시간이 부족하기 때문에 모계로부터 mRNA로 전달받음
○ 생식세포 유전자형과 무관하게 모계에 대립유전자가 하나라도 있으면 해당 세포질 결정인자가 생식세포로 전달
○ 유전자형과 표현형을 따로 고려해야 함
○ 예 : 열성 치사유전자 동형접합자가 생존에는 문제가 없으나 생식은 불가능한 경우 존재
○ 어미의 유전자형을 자식들의 표현형으로 추론해야 함
○ 자식들이 모두 우성 형질인 경우 어미의 유전자형은 우성
○ 자식들이 모두 열성 형질인 경우 어미의 유전자형은 열성
○ 예 : 초파리 초기발생, 달팽이 패각의 우나선성·좌나선성, 나방 애벌레 눈 색깔 유전
③ 세포질 유전
○ 색소체 유전
○ 미토콘드리아 유전 : 모계 유전
○ 전자전달계 및 ATP 합성효소는 미토콘드리아 DNA가 암호화
○ 이형세포질(heteroplasmy) 현상 : 미토콘드리아는 다수의 세포소기관(주로 핵)과 협력하기 때문에 질환자인 엄마의 자녀라고 모두 질환자인 것은 아님
○ 문제 유형 1. 돌연변이체와 교배시 멘델유전을 따를 시 : 미토콘드리아 기능에 필요한 핵 DNA 이상
○ 문제 유형 2. 돌연변이체와 교배시 모계유전을 따를 시 : 미토콘드리아 DNA 이상
○ 문제 유형 3. 효모 : 미토콘드리아는 양친에서 유래
④ 종성유전 : 유전자는 상염색체상에 있으나 성별에 따라 유전자의 발현(예 : 우열관계)이 달라지는 것
○ 예 1. 사슴뿔 유전자는 수컷에게 우성 발현. 암컷에게 열성 발현
○ 예 2. 대머리 유전자는 테스토스테론을 DHT(dehydrotestosterone)로 전환하는 5α-reductase를 암호화하는데 남성에게 우성 발현. 여성에게 열성 발현
○ (참고) DHT는 남성성을 강화해 주는 물질
○ 여성의 경우 대머리가 생기기 보다는 머리카락이 가늘어지는 증상이 나타남
⑤ 크세니아 : 부계 배젖형질 유전
5. 성과 성연관 [목차]
⑴ 성의 결정
① 염색체에 의한 성 결정
○ XY 형 : ♂(XY), ♀(XO) (예 : 사람, 초파리)
○ XO 형 : ♂(XO), ♀(XX)
○ ZW 형 : ♂(ZZ), ♀(ZW) (예 : 가금류)
○ ZO 형 : ♂(ZZ), ♀(ZO)
○ 반수체 - 배수체 형 (예 : 꿀벌)
② 환경에 의한 성 결정
○ 예 : 파충류의 성은 알의 배양 온도에 의해 결정
③ 수정에 따른 성 결정
○ 예 : 미수정란 꿀벌은 수컷, 수정란 꿀벌은 암컷
④ 성 전환
○ 예 : 몇몇 어류는 사회적 신호에 의해서 일부 개체만 수컷으로 바뀐다.
⑤ 자웅동체
○ 예 : C. elegans는 남성과 여성의 생식기관을 모두 가짐
⑵ 성연관 유전 : 성염색체에 있는 유전자, 상호교배 결과 유의미한 차이가 발견되면 성연관 유전
① X, Y 염색체에 공통 유전자가 18개
② Y 염색체 연관유전 (한성유전, sex-limited inheritance)
○ SRY (sex region of Y chromosome)
○ SRY 유전자는 성을 결정함
○ 유전자의 수가 매우 적음
○ 초파리의 성 결정인자는 X 염색체에 있음
○ 남자의 귓속 털
○ 누에 암컷의 범무늬
○ (참고) W 염색체 연관유전
③ X 염색체 연관유전 (반성유전, sex-linked inheritance) : 남성은 여성보다 높은 빈도로 X 연관 형질 발현
○ 적록색맹 : 녹색, 적색 옵신 유전자(X 염색체)
○ (참고) 청색 옵신 유전자(7번 염색체)
○ 듀쉔 근위축증(뒤센 근위축증, Duchenne muscular dystrophy; DMD)
○ X-염색체 열성 유전, 발병률 남아 1/3,500명
○ 10여 종의 근위축증 중에서 가장 심각 : 근육세포의 퇴화를 야기
○ 사춘기일 때 휠체어를 사용함
○ 호흡 및 심장 질환으로 성년에 이르지 못하고 사망
○ DMD 유전자 : 240만 bp. 70여 개의 엑손으로 구성. 디스트로핀 단백질 암호화
○ 디스트로핀(dystrophin)
○ 근 세포막의 칼슘이온채널을 조절하는 6종 단백질과 세포골격 간의 연결 단백질
○ 액틴 필라멘트와 세포막의 당단백질을 연결시켜 근육세포의 구조를 안정화시킴
○ DMD 유전자는 엑손의 결실로 채널 조절 불능
○ 혈우병 : X염색체에 존재. XX에 모두 혈우병 유전자가 있는 경우 태아 때 사망함
○ 초파리 흰 눈
○ (참고) Z 염색체 연관유전
④ 종성유전 : 성연관 유전은 아님
○ (주석) 위에서 종성유전에 대해 정리돼 있음
⑤ X 불활성화 : 포유류에서만 관찰
○ 정의 : 암컷은 X 염색체가 두 개이므로 양적보상을 위해 둘 중 하나를 불활성화하는 것
○ 초파리나 예쁜꼬마선충은 양적보상을 위해 수컷의 X 염색체의 발현량을 2배로 늘림
○ 바소체 (barr body) : 불활성화된 X 염색체, 모자이크 무늬의 원인 (예 : 고양이 무늬)
○ 포유류에서만 생김
○ 리온가설 : 여성 초기 배아는 각 세포에서 하나의 X 염색체를 무작위로 불활성화
○ 동물에 따라 바소체가 난할 전에 생기거나 난할 중에 생김
○ 불활성화는 비가역적이지만 생식세포 형성 시에만 불활성화 해제
○ 한 번 바소체가 생긴 경우 : 체세포 분열로 생성된 자손세포는 모두 동일 부위가 응축 (예 : 암세포)
○ 메커니즘
○ 1st. 불활성화가 결정된 X 염색체 상의 Xist RNA로부터 Xist(X-inactive specific transcript) 생성
○ 2nd. 활성화가 결정된 X 염색체는 Xist RNA를 메틸화하여 불활성화 기작이 일어나지 않게 함
○ 3rd. Xist로부터 전사된 RNA는 해당 X 염색체에 결합
○ 4th. RNA 간섭을 일으켜 불활성화가 결정된 X 염색체의 전사를 원천차단
○ 5th. Xist는 추가로 사이토신(C)에 메틸기를 붙이고 히스톤을 탈아세틸화하여 염색체를 응축 → 전사 억제
6. 양적 유전학[목차]
⑴ 양적 형질(예 : 키, 체중 등)은 연속변이 형질 : 유전적 차이와 환경적 차이 모두에 기인
① 유전적 요인 : 다인자 유전
○ 상속지수가 높은 형질은 환경과 상관없이 언제나 일정하게 발현
② 환경적 요인 : 유전자의 환경 의존성, 형질의 환경 의존성
○ 예 : 다른 환경에서 자란 일란성 쌍생아 연구
⑵ 침투도(penetrance) : 특정 유전자형의 예상 형질이 실제로 나타나는 정도
① 완전 침투(complete penetrance) : 유전자형에서 예측된 대로 100% 형질이 발현되는 경우
② 불완전 침투(incomplete penetrance)
③ 예 : 우성질환인 다지증은 80%의 침투도를 가짐
⑶ 발현도(expressivity) : 한 개체에서 발현되는 표현형의 경중 정도
⑷ 유전력(상속지수) : 유전적 집단 내의 변이에 기여하는 정도
① 집단 간 상관관계 분석을 통하여 계산
○ 예 : 부모와 자손은 같은 정도의 면역성을 가짐
Figure. 6. 유전력 예
② 0.2 ~ 0.4 : 유전적
③ 0.4 ~ : 매우 유전적
④ 유전력은 집단에 기초한 것이지 개인 차이를 의미하지 않음
⑤ 유전력이 큰 형질도 환경에 의해 달라질 수 있음
7. 유전검사 [목차]
⑴ 가계도 분석
① 팁 1. 우열 결정
○ 질환자 부모 사이에서 질환자가 아닌 자녀가 있을 때 : 우성 유전
○ 질환자가 아닌 부모 사이에서 질환자 자녀가 있을 때 : 열성 유전
② 팁 2. 성연관 여부 결정
○ 팁 2-1. 질환자 아버지의 딸이 항상 질환자일 때 : 우성 X연관 유전
○ 팁 2-2. 질환자 어머니의 아들이 항상 질환자일 때 : 열성 X연관 유전
○ Y염색체는 유전자가 적기 때문에 질환과 관련이 적음
○ ①에서 우열을 결정하고 팁 2-1, 팁 2-2를 통해 X연관이 아님을 알면 상염색체 유전
③ 풀 수 있는 문제만 나오기 때문에 위 경우를 제외한 가계도 문제는 나오기 어려움
⑵ 태아 검사
① 양수 검사 : 임신 14 ~ 16주경. 양수에서 태아세포 채취 후 생화학 검사 및 핵형 분석
② 융모막 돌기 채취법 : 임신 6 ~ 8주경. 태아의 융모막 채취 후 생화학 검사 및 핵형 분석
⑶ 유전자 지문 검사
입력: 2015.06.29 22:24
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