염색체 지도

염색체 지도

염색체의 연관형질에 관한 또 다른 연구가 이미 옥수수에서 연구되었다. F에서 형성되는 개체의 재조합률은 1~50% 의 범위에 있다. 유전자 좌위는 일직선상에 있다고 가정할 때 염색체의 양끝에 있는 유전자간에서는 높은 비율의 재조합체가 만들어진다는 것을 예상할 수 있다. 따라서 이러한 지식을 기초로 하여 염색체상에 있는 수많은 유전자 좌위를 연관지도로 만들어낼 수 있는 것이다. 예를 들면 옥수수에서 유전자 좌위 C와 Sh 사이에 교차결과 약 3% 의 재조합체가 만들어진다. 또 다른 연관형질인 낟알색깔(C)과 적갈색(bz) 낟알의 양성잡종에서도 밝혀졌다. 이 양성잡종은 5% 의 재조합체가 만들어지면 이것은 C와 bz가 C와 Sh보다 더 멀리 떨어져 있음을 의미한다. 하지만 좌위가 Sh처럼 같은 편에 있는지 반대편에 있는지는 모른다. 이에 대한 해답은 S와 bz의 열성잡종을 만들어냄으로써 결정할 수 있다. 만일 여기서 만들어진 재조합형 배우자가 5% 이하라면, Sh좌위처럼 C좌위가 같은 편에 있을 것이다. 만약 5% 보다 크다면 그 반대일 것이다. 실제로 이 교배실험의 재조합체수는 2% 였다. 그리하여 우리는 염색체상의 유전자 좌위는 C-Sh-bz순으로 되어 있음을 알게 되었다. 육염색체 지도는 유전자 좌위의 배열순서와 그들간의 상대거리를 보여준다. 이 단위는 센티모르간(centimorgan, cM)이라 하며, 이것은 유전학의 선구자인 T. H. Morgan박사를 기념하기 위해 명명된 것이다. cM 은 형성된 재조합체의 % 와 동일하다. 즉 앞의 실험에서 S좌위는 2cM 차이로 bz좌위와 분리되었다. 이러한 지도는 옥수수, 초파리, 효모, 쥐, 토마토를 포함하는 많은 진핵생물의 염색체에 대해서 만들어졌다.

사람은 어떠한가? 분명히 우리는 염색체 지도를 작성하기 위하여 인간을 실험할 수는 없다. 하지만 인간의 몇 세대를 연관지어 추적 관찰함으로써 염색체 지도의 위치를 추출하는 것은 가능하다. 예를 들어 Utah 주의 대가족 Mormon가는 현재 살아 있는 적어도 3세대의 혈액 샘플을 수집하여 보관해 왔다. 이와 같은 것은 연관관계를 알아내는 데 이미 이용되었으며, 다른 인간 유전자 연구에도 도움이 될 것이다.

연관분석에 의한 지도작성 (mapping)은 상대적으로 서로 근접한, 즉 몇 센티모르간 정도내의 좌위를 가지고 작성한다. 2개의 좌위 사이의 거리가 증가할수록 이들 좌위간에 2차적인 교차가 일어날 가능성 또한 증가한다. 그러나 두 번째의 교차는 첫번째 교차에 영향을 미쳐서 부모의 대립형질을 복구할 수 있다. 이것은 유전실험을 통하여 비교차형으로 나타날 수 있다. 그 결과 2개의 좌위 사이의 거리가 증가할수록 형성되는 재교차의 비율은 실제보다 더 작게 나타날 것이다. 사람에 있어서 대부분의 염색체상의 재교차 비율은 여성과 남성에서 동일하지 않음이 증명되었다. 아직까지는 밝혀지지 않았지만,재교차는 여성에서 더 많이 일어난다. 그래서 지도상의 거리는 실제보다 어느 정도 크게 나타나 있다.

염색체의 한끝에서 다른 끝까지 작은 간격으로 지도를 그린다면, 전체적인 거리는 100센티모르간을 넘는다. 그러나 대부분 분리된 좌위에 대해서 형성될 수 있는 교차율의 최대수치는 50% 이다. 또한 이 수치는 분리된 염색체에 독립적으로 위치하고 있는 유전자들을 확인하는 재조합체의 빈도이다. 그렇기 때문에 우리는 단순히 재조합체의 수에 의해서 한 쌍의 유전자가 동일 염색체상에서 떨어져 있는지 혹은 서로 다른 염색체상에 존재하는지를 말할 수 없다.

유전학자들은 어느 특정한 생물이 가지고 있는 여러 유전자들이 한 염색체상에 연관되어 있는 것과 그렇지 않은 것을 분석하여 유전자들을 각 연관군(linkage group)으로 묶을 수 있게 하였다. 한 연관군에 포함된 모든 인자들은 서로 나란히 연관되어 있다. 중요한 것은 연관군의 수는 그 생물체가 가지고 있는 모든 상동염색체쌍의 수(n)와 같다는 것이다. 옥수수는 10쌍의 염색체를 가지고 있기 때문에 10개의 연관군으로 분리된다. 토마토와 쥐에서도 이와 유사한데, 2가지 모두 유전학자에 의해서 많이 연구되었으며, 연관군의 수는 토마토가 12개, 쥐가 20개로 염색체쌍의 수와 같다. 동일 염색체상에 있는 유전자를 신테닉(syntenic)이라 한다. 독립의 법칙에서 관찰된 것처럼 Mendel의 연구에서 몇 가지 유전자들은 사실 신테닉이다.

유전적 지도와 물리적 지도의 비교 유전자간 재조합의 수치를 계산하여 얻은 염색체 지도는 곧 염색체의 유전적 지도(genetic map)라 할 수 있다. 그러나 염색체상의 유전자들은 단일 DNA 분자에 포함되어 있다. 이러한 유전자들의 발현은 이들 분자의 위치에 따라 형질로 나타난다. 또한 형질은 DNA의 특정 서열(유전자를 포함하는)에 속하는 염기쌍의 수에 의하여 결정될 수 있다. 이러한 개념에서 만들어지는 지도를 물리적 지도(physical map)라 한다.

염색체의 유전적 지도와 물리적 지도와의 관계를 어떻게 설명할 수 있을까? 정확하진 않지만 대중잡아 염색체상의 1cM은 DNA의 1 megabase(1Mb = 10' bp)에 해당된다. 이러한 비율이 이들간에 상관이 있음을 가능케 하는 이유가 있다. 그 하나로서, 염색체의 어떤 부분의 재조합이 다른 부분보다 높게 나타난다는 사실과 또 하나는 상염색체의 재조합률이 사람의 남자에서보다 여자의 경우가 높게 나타나고 있다. 실제로 여자의 유전적 지도는 남자의 경우보다 평균 90% 길게 나타난다. 그렇지만 염색체는 남녀 같은 수의 염기쌍을 가지고 있기 때문에 측정이 가능하다면 물리적 지도가 보다 정확할 것이다.