원핵생물에서의 유전적 재조합

원핵생물에서의 유전적 재조합

 

원핵생물은 반수체와 배수체 시기를 교대로 갖지 않는다. 그러나 원핵생물로 유전적 재조합을 일으키는 기작을 보유하고 있다.

 

형질전환

많은 박테리아들은 주변에서 직접 DNA 분자(예, 플라스미드)를 흡수함으로써 새로운 유전자를 얻을 수 있다. (대장균)박테리아를 정교하게 형질전환시킬 수 있게 됨에 따라 유전자의 클로닝과 생명공학 산업의 발달이 가능해졌다.

 

형질도입

박테리아를 감염시키는 바이러스인 박테리오 파아지를 종종 숙주의 유전자를 자신의 유전자에 끼워서 한 숙주 박테리아로부터 다른 박테리아로 옮긴다. 새로운 유전자(또는 유전자들)는 새로운 숙주에 이미 존재하는 유전자와 치환되어 그 숙주의 DNA로 삽입된다. 이러한 현상을 형질도입(transduction)이라고 한다.

 

접합

어떤 박테리아는 자신과 직접 닿아 있는 수용자 박테리아에게 자신의 염색체 일부를 전달한다. 공여자 박테리아가 자신의 염색체를 복제함에 따라 복제 염색체는 수용자 박테리아로 주입된다. 공여자와 수용자가 분리되는 시점에서 유전자의 전달은 멈추게 된다. 성공적으로 주입된 유전자들은 수용자 염색체에서 상응하는 부위와 치환된다. 형질전환, 형질도입, 접합(conjugation) 등은 실험실에서 밝혀진 것들이다. 이러한 유전적 재조합 기작이 자연 세계에서 얼마나 중요한 것일까? 우리는 잘 알 수 없다. 사람과 가축 치료에 항생제가 쓰인 이래로 항생제에 내성을 지닌 박테리아가 현저하고 빠르게 전파되는 사실이 새로운 유전자가 박테리아로 들어갈 수 있다는 가장 유력한 증거이다. 내성유전자는 박테리아들ㅡ예를 들어 장이나 막 배출된 오수에 서식하는 것ㅡ사이에서 위에 언급한 어떤 방법을 통해서든지 매우 빠르게 이동할 수 있다. 다시 말해서 이것은 단순히 내성유전자를 지닌 박테리아가 비내성 박테리아와의 경쟁에서 이길 수 있다는 선택적 이점의 문제이기도 하다. 그리고 나서 그 후손들은 새로운 서식처에서 신속하게 퍼져나갈 수 있었을 것이다

 

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세포분열 요약

 

각 염색체는 단백질과 결합된 한 분자의 DNA를 포함하며, 빽빽하게 꼬여 있다. 단백질들은 다량인 5종류의 히스톤과 소량인 여러 종류의 비히스톤 단백질로 구성되어 있다.

분열하는 진핵세포는 조심스럽게 조절되는 진행단계, 즉 G1, S, G2, M(유사분열) 단계를 거친다. 그 DNA는 S기에 복제된다. 복제된 염색체는 M기에 분리된다. G1기에서 S기로의 이동과 G2기에서 M기로의 이동은 시클린(cyclin)에 의해 조절된다. G1기와 유사분열시클린은 p342로 지칭된 단백질과 상호작용을 한다.

유사분열에서 세포내의 각 염색체는 S기에 복제되며, 모든 딸핵에는 각각 완전한 염색체 한 세포가 분배된다. 부모세포는 종종 딸세포가 유사분열에서 생성수된 똑같은 두 핵 중의 하나를 받음과 동시에 세포질분열(cytokinesis)이라고 하는 과정을 거쳐 분열한다. 유사분열은 전기, 중기, 후기, 말기의 네 단계를 거쳐 일어난다.

유성생식에서는 두 부모가 그들의 자손에서 유전적 정보를 준다. 진핵생물에서 부모는 각각 수정시기에 염색체 한 세트를 준다. 자손의 세포가 부모의 염색체수의 두 배가 되는 염색체를 갖지 않으려면, 수정에서 사용되는 세포의 염색체수는 반수이어야만 한다. 이것은 감수분열에 의해 일어난다. 감수분열은 두 번의 연속적인 핵분열-감수분열 1과 감수분열 I로 구성된다. 이때 염색체의 복제는 한 번만 일어난다. 감수분열에서 생긴 4개의 세포는 부모세포에 비해 반수의 염색체를 포함하는데, 각종 염색체 중의 하나씩만을 갖는다. 동물은 정자와 난자의 생성을 위해 감수분열을 한다. 식물은 포자 생성을 위해 감수분열을 한다.

* 감수분열은 유성생식의 특징이라 할 수 있는 유전적 다양성을 다음의 세 가
지 방법으로 유발한다.

 

(1) 염색체수를 반으로 줄여 수정을 가능하게 하며, 그 결과로 부모로부터 온 유전자를 조합한다. 

(2) 모계와 부계의 상동염색체를 감수분열 I 과정 동안 무작위적으로 분배한다. 

(3) 교차과정 동안 모계와 부계의 상동염색체 조각을 상보적으로 재조합한다.

 

원핵생물은 유사분열이나 감수분열을 하지는 않지만 많은 것들이 형질전환, 형질도입, 접합 등을 통해 유전적 재조합을 할 수 있다. 각 경우에 DNA전달은 한 방향인 공여자로부터 수용자로 이루어진다. 감수분열 동안 염색체의 행동은 유전법칙에 대한 기초를 제공한다. 성을 포함한 형질들이 한 세대로부터 다음 세대로 전달되는 방법에 관한 여러 법칙들이 다음 장에서 공부하게 될 것이다