독립의 법칙

독립의 법칙

 

1. 들어가기

 

멘델은 일단 한 형질을 이용하여 유전에 대한 원리를 파악한 후 곧 이어 두 가지 형질이 동시에 유전되는 경우를 생각하게 되었다. 멘델이 선택한 두 가지 형질은 씨의 모양과 색깔이었다.

씨앗의 모양에 대한 대립 형질은 둥근 것과 주름진 것이고, 씨앗의 색깔에 대한 대립형질은 노란색과 녹색이었다. 씨앗의 모양과 색깔을 선택함으로써 가졌던 장점은 열매로부터 바로 결과를 알 수 있다는 것이었다. 만약 꽃의 색깔을 선택하였다면 교배하여 나온 씨앗을 다시 심어야 꽃의 색깔을 확인하는 번거로움이 있게 된다.

독립의 법칙이란 다른 두 유전자는 서로에게 영향을 미치지 않고 독립적으로 유전된다는 것이다. 즉 씨앗의 모양을 결정하는 것과 색깔을 결정하는 것은 서로간에 영향을 주지 않고 독립적으로 유전하여 분리의 법칙에서 보여준 결과와 같다는 것이다.

멘델이 독립의 법칙을 세울 수 있었던 것은 그가 선택한 유전자가 서로 다른 염색체에 있거나 같은 염색체 있어도 멀리 떨어져 있었기 때문에 가능했다. 따라서 멘델은 매우 운이 좋았던 사람이라고 볼 수 있다. 멘델의 독립의 법칙의 전개 과정과 이것이 주는 의미, 그리고 독립의 법칙에 벗어나는 경우는 어떠한 것인지 살펴보자.

 

2. 교배 과정

 

노란색을 띠고 있으면서 둥근 순계의 씨앗과 주름지고 녹색인 순계의 씨앗을 심어 꽃이 피면 이들을 타가교배한다.

독립의법칙1

 

위의 교배 결과를 풀어서 보면 다음과 같다. 먼저 F1에서 모두 둥글고 노란색이 나온 것을 보면 둥근 것과 노란색이 우성임을 알 수 있다. F2에서 둥글고 노란색은 2가지가 모두 우성 형질이며, 둥글고 녹색 그리고 주름지고 노란색은 한쪽만이 우성이며, 주름지고 녹색은 모두 열성의 형질을 보여주며, 이들은 9 : 3 : 3 : 1의 비를 보여준다.

위의 교배에서 F1은 양성 잡종(dihybrid) 교배를 보여준다. 즉 두 개의 유전자에 대하여 각각 잡종이다. 이 교배 과정을 각각의 형질에 대한 교배로 나누어서 그 결과를 생각해 보면 놀랍게도 분리의 법칙에서 보인 것과 전혀 차이가 없다. 먼저 씨앗의 모양을 보면 둥근 것과 주름진 것이 (315 + 108) : (101 + 32) ≒ 3 : 1의 비가 나타난다. 또한 씨앗의 색깔을 보면 노란색과 주름진 것이 (315 + 101) : (108 + 32) ≒ 3 : 1이 나온다.

 

3. 문자를 이용한 교배 결과의 이해

 

문자로 교배 과정을 표시하면 다음과 같다.

독립의법칙2

F1의 개체로부터 만들어질 수 있는 생식세포의 유전자형은 어떻게 될까? F1을 염색체를 그려 표시하면 다음과 같다.

독립의법칙3

위에서 같은 색깔의 염색체는 상동염색체로 생식세포를 형성할 때 감수분열이 일어나면서 각각 나뉘어 다른 세포로 들어간다. 따라서 염색체가 반으로 줄어들게 된다. 이 때 녹색의 두 상동염색체 중의 하나와 푸른색의 상동염색체 중의 하나가 만나 하나의 생식세포로 들어간다. 이 때 R이 Y를 만날 수 있고, 또한 R이 y를 만날 수 있다. r도 Y를 또는 r이 y를 만나 생식세포로 들어갈 수 있다. 따라서 RrYy로부터 나올 수 있는 생식세포의 유전자형은 RY, Rr, rY, ry가 된다. 이러한 유전자형을 갖는 암수가 F1에서 교배를 한다.

 

4. Punnet square를 이용한 교배 결과의 이해

Punnet square는 교배 결과를 이해하는데 큰 도움을 준다. Punnet square는 세가지 형질 이상을 다루기에는 복잡하여 효율적이지 못하다. RrYy ⓧ RrYy 교배에서 각각의 개체에서 만들어지는 배우자는 위에서 살펴본 것처럼 RY, Rr, rY, ry가 만들어지며, 각각은 1/4의 확률로 만들어진다.

1/4RY 1/4Ry 1/4rY 1/4ry
1/4RY RRYY  RRYy  RrYY  RrYy 
1/4Ry RRYy  RRyy  RrYy  Rryy 
1/4rY RrYY  RrYy  rrYY  rrYy 
1/4ry RrYy  Rryy  rrYy  rryy 

 

테이블에서 적어도 하나의 R과 Y가 동시에 나오는 경우를 R_Y_로 표시하며 9번 나오는 것을 볼 수 있다. 한쪽만 우성이 나오는 경우 즉 R_yy 혹은 rrY_가 각각 3번 나오고, 모두 열성인 경우인 rryy는 오직 한번만 나온다. 표현형은 4가지의 다른 종류가 나타나는 반면에, 유전자형은 9가지의 다른 형태가 나타난다.

 

5. 멘델은 왜 연관을 관찰하지 못했을까?

 

멘델이 선택한 7개의 형질 중 2개는 1번 염색체, 3개는 4번 염색체에, 한 개는 5번 염색체에, 나머지 한 개는 7번 염색체에 있었다. 이 중에서 2개를 선택하여 짝짓기를 하면 총 21개의 다른 가능성이 나오면 이 중에서 4쌍만이 같은 염색체에 있게 된다. 그러나 4쌍 중 3쌍은 염색체상에서 멀리 떨어져 있기 때문에 마치 연관이 일어나지 않은 것처럼 작용하였다. 멘델은 21가지 가능성에서 몇 가지 만 선택하였으므로 연관이 나올 확률은 거의 없었다. 이러한 측면에서 멘델에게 큰 행운이 작용했다고 할 수 있다.

그렇다면 완두콩의 색깔과 모양을 결정하는 유전자가 연관되어 있다면 어떠한 결과가 나올 수 있을까? 먼저 교차가 없는 경우를 살펴보면 다음과 같다. 다음에서 나올 수 있는 배우자는 오직 RY 및 ry 뿐이다.

독립의법칙4

만약 교차가 일어난다면 또 다른 결과를 보여주게 된다. 교차가 일어나면 배우자로써 RY와 ry 외에 Ry와 rY가 새로이 나올 수 있다. 하지만 주로 RY와 ry가 나오고, Ry 및 rY는 적은 수로 나오게 된다. 따라서 R_Y_와 rryy가 주로 나올 것으로 예상되며, 교차에 의해서만 나오는 R_yy와 rrY_는 훨씬 적은 수가 나올 것이다. 따라서 R_Y_ : R_yy : rrY_ : rryy는 9 : 3 : 3 : 1의 비가 될 수 없다.

조상환

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