종자기사 - 식물육종학 - 유전 요점정리

a. 유전자의 구비조건 

 - 대부분의 생물은 DNA가 유전물질이며, TMV(담배 모자이크 바이러스(tobacco mosaic virus)) 등 일부 기생성 바이러스는 RNA가 유전물질이다

 - 세포의 구조, 기능 및 생식에 관한 변하지 않는 정보를 지니고 있어야한다.

 - 유전정보는 세포의 구조와 기능 및 생식을 위한 기본적인 분자를 생산할 수 있어야하며, 세포 내 모든 물질은 분자로 구성되어 있다.

 - 동일한 유전정보는 후세대에서도 정확하게 반복될 수 있어야 한다.

 - 변이가 가능하여야 한다.

 

b. 유전자의 특징

 - 생물의 유전자는 핵산으로 구성되어 있으며, 핵산의 기본단위는 뉴클레오티드(nucleotide)이다.

 - DNA를 구성하는 뉴클레오티드는 디옥시리보당+인산+염기(CGAT)로 구성되어 있고, RNA를 구성하는 뉴클레오티드는 리보당+인산+염기(CGAU)로 구성되어 있다.

 * DNA : dioxyribonucleic acid. 디옥시리보핵산 - 2중나선구조, 자기복제

 * RNA :          ribonucleic acid.            리보핵산 - mRNA전사, tRNA운반

 

 - 세포의 핵 안에서는 어떤 형질에 유전자를 2개씩 가지는데 각 유전자는 상동염색체의 각각에 자리를 차지한다. 상동염색체란 감수분열이 시작되어 서로 대합(제1감수분열 전기)을 이루는 염색체를 말한다.

 

 - 유전자가 차지하는 염색체의 특정부위를 유전자좌라고 하며, 상동 염색체에서 같은 유전자좌를 차지하는 유전자를 대립유전자(AA/ Aa /aa)라고 한다.

유전자 : 단백질 합성을 위한 완전한 염기코드를 가진 DNA의 절편
 - 유전자의 기본적 활동 : 자기복제와 형질발현
  : 생물체 개체의 유전형질을 발현시키는 역할, 자기복제를 통하여 다음세대에 전달
 - 유전자의 일반적 특성 : 유전자의 물질적 본체는 DNA라는 유전물질로 염색체의 일부분.

* 다면발현 : 1개의 유전자가 2개 이상의 표현형 발현에 관여하는 현상

* 표현형 모사 : 유전자 형들이 서로 다름에도 불구하고, 환경조건의 영향 때문에 동일한 표현형을 나타내는 현상

 

c. 유전자형과 표현형

 <유전자형>

 - 대립유전자가 AA, aa처럼 같은 종유로 구성된 것을 동형접합체(homo, 호모)

   Aa처럼 서로 다른 종류로 구성된 것을 이형접합체(heterosis, 헤테로)라 한다.

 - 상동염색체의 대립유전자 조성이 동형접합체인지 이형접합체인지를 표시한 것을 유전자형이라 한다.

 - A/a 한쌍의 대립유전자가 지배하는 형질에는 AA, Aa, aa의 세가지 유전자형이 있다.

  즉, 1쌍의 대립유전자는 3의 1승 만큼의 유전자형(3개), 2쌍의 대립유전자는 3의 2승 만큼의 유전자형(9개)을 가진다.

   : n쌍의 대립유전자는 3의 n승 만큼의 유전자형을 갖는다.

 

 <표현형>

 - 유전자형을 구성하는 유전물질의 발현에 의해 나타나는 형태적 또는 생리적 특성을 표현형이라하고, 같은 유전자형을 가지는 개체들이 서로 다른 몇 가지의 표현형으로 나타나는 빈도를 표현도라고 한다.

 - A는 큰 키이고(우성), a는 작은 키를 지배하는 유전자(열성)라고할때 , 유전자형 AA와 Aa에 의해 나타나는 표현형은 큰 키이고, 유전자형 aa에 의해 나타나는 표현형은 작은 키 이다. 1쌍의 대립유전자는 2개, 2쌍의 대립유전자는 4개, 3쌍의 대립유전자는 8개만큼의 표현형을 갖는다. 

 * 자가수정시(우성:열성) 동협접합체의 비율 : 

 d.  유전자 상호작용

  - 유전자의 작용은 하나의 유전자가 하나의 형질에만 관여하는 것이 아니라, 하나의 형질에 2쌍 이상의 유전자가 관여하는 경우도 많은데 이를 유전자 상호작용이라 한다.

  - 유전자 상호작용에는 대립유전자 간 상호작용과 비대립 유전자 내 상호작용이 있으며, 비대립유전자 내 상호작용은 멘델 유전법칙의 예외로 인정된다.

    (불완전우성-F2 분리비 1:2:1 / 공동우성 / 우열전환 / 복대립유전자-F2 분리비 3:1)

  - 대립유전자 간의 상호작용은 우성으로 표현하며, 이에 관여하는 유전자를 우성유전자와 열성유전자로 구분한다.

  - 비대립유전자 내의 상호작용은 상위성으로 표현하며, 이에 관여하는 유전자를 상위유전자와 하위유전자로 구분한다.

   : 상위성 효과 - 비대립유전자 내 상호작용으로, 한 유전자의 작용효과가 다른 자리에 위치한 유전자형의 영향을 받아서 변하는 것

 

  * 비대립유전자 상호작용(멘델의 법칙 예외 : F2의 분리비를 합한 숫자는 모두 16)

   - 보족유전자 = 분리비 9:7 , 두 쌍의 비대립 유전자가 공동으로 작용하여 한 가지 표현형을 나타냄

   - 조건유전자(열성상위) = 9:3:4 , A,B 두 쌍의 비대립유전자가 공동작용을 하여 어떤 형질을 발현 시킬 때, A는 단독으로 있어도 형질이 발현되지만, B는 A가 공존하는 조건에서만 형질 발현이 이루어지는 경우, B유전자를 조건 유전자라 한다.

   - 피복유전자(우성상위) = 12:3:1 , 두 쌍의 비대립유전자간에 한 우성유전자가 다른 우성유전자의 발현을 덮고(피복) 자신만의 고유한 특성을 나타내는것

   - 동의유전자 = 9:6:1 (복수유전자) 또는 15:1 (중복유전자), 유전자의 형질발현에 있어서 2쌍 혹은 그 이상의 유전자가 동일 방향으로 작용하는 일군의 유전자를 말한다. 동일 방향으로 작용하는 유전자의 작용이 누적효과를 나타내는 경우를 복수유전자, 누적효과가 없는 경우를 중복유전자 라고 한다. 

   - 억제유전자 = 13:3 , 형질을 발현하지 못하고 다른 우성유전자의 작용을 억제시키기만 하는 것

   - 치사유전자 = 생물체를 성체가 되기전에 죽게하는 유전자

 

 e. 멘델리즘 (멘델의 유전법칙)

  - 멘델리즘의 주요내용 

    : 한가지 유전형질은 하나의 유전적 단위(유전자)에 의해 지배된다

      유전자는 배우자(생식세포)를 통하여 양친에서 자손으로 전달된다

      개체는 한가지 유전형질에 대하여 한 쌍의 유전자를 가지고 있다(부계, 모계 각 1개)

      한 쌍의 대립유전자에 의한 형질 발현에 있어서 한 유전자는 우성이고 다른 한 유전자는 열성이다.

      = 우성 : 동일한 형질에 대해 서로 다른 특성을 가진 개체를 교배했을 때, 그 F1 에서 나타나는 특성

         열성 : F1에서 나타나지 않는 특성

      개체가 배우자를 만들때 한 쌍의 유전자는 서로 독립적으로 분리된다.

      배우자는 서로 자유롭게 결합한다

      유전자는 변화하지 않으며 또는 다른 유전자에 의해 영향 받지 않는다.

 

  - 멘델의 유전법칙 

    : 지배(우성, 우열의 법칙, 제1법칙) - 정역교배의 결과 F1이 자방친의 특성을 닮는다면, 이는 세포질적 유전이다

    : 분리의 법칙(제2법칙) - 2세대에서 우성과 열성의 두 형질이 3:1 비율로 분리 (검정교배로 확인가능)

    : 독립의 법칙 - 대립 유전자가 서로 간섭받지도 간섭하지도 않으며 후대로 유전

 

 

 f. 세포질 유전

  - 세포질 내에 있는 유전요소에 의해 형질의 유전이 지배

    : 식물의 색소체 유전과 웅성불임성의 유전이 좋은 예임, 정역 교배에 의해 세포질 유전여부 판정가능, 세포질유전에 관여하는 유전요소(유전물질)를 플라스마진(Plasmagene- 세포질 속에 있는 핵 이외의 유전자 DNA)이라고 한다. 

    : 수정난의 세포질은 언제나 모친의 것만을 가지게 되므로 모성유전이라고도 한다, 멘델식유전을 따르지 않으며, 모성유전은 F2에서 우성형질, F3에서 우성과 열성이 3:1로 분리되는 지체유전을 한다.

 

 g. 염색체의 연관 및 교차유전

  - 염색체의 수적변이

   : 이수성 = 염색체 조성이 2n인 개체에서 감수분열 과정 중 한 두 개의 염색체가 완전히 분리되지 않아 n+1 또는 n-1의 배우자를 형성하고, 이들 배우자가 정상적인 n상태의 배우자와 수정 -> 수정된 개체가 2n-1(단염색체), 2n+1(3염색체), 2n+2(4염색체)인 염색체 조성을 갖게 되는 현상

   : 배수성 = 생물종이 가지는 게놈이 증감되는 현상을 배수성이라하며, 동일 종류의 게놈이 증가한 것을 동질 배수체, 이종 게놈이 첨가되어 배수성이 되는 것을 이질배수체라고 한다.

* 반수체는 완전불임성으로 인위적으로 염색체를 배가시키면 모든 유전자좌에서 호모한 2n 상태의 개체를 얻을 수 있다.

* 콜히친 처리 : 동질배수체를 만들때 필요하며, 감수분열 중기에 방추사 생성을 억제하는 효과가 있어 동질배수체가 된다.

* 순계 : 완전히 자가수정하는 작물의 한 개체에서 나온 자손을 통틀어 순계라고 하며, 순계는 유전적으로 동형접합체이다. 순계내에서의 변이는 환경에 의한 방황 변이이다. 따라서 순계 내의 선발을 효과가 없다는 이론을 요한센의 순계설 이라고 하며 멘델 유전 이론의 기초가 되었다.

 

  - 염색체의 구조적 변화 ( = 염색체의 부분적 이상 초래)

  : 절단 - 염색체의 어떤 부분이 잘리는 현상, 염색체 수가 증가된 것으로 보인다

    결실 - 절단되어 염색체 단편이 소실, 절단된 부분만큼 염색체 내용이 줄어듦

    중복 - 절단에 의해 생긴 염색체 단편이 그 상동 염색체의 일부로 옮겨가 유합된 것

    전좌 - 염색체가 절단되어 그 단편이 비상동염색체 일부로 옮겨가 유합된 것

    역위 - 한 염색체의 2개 부분에서 절단이 일어나 중간 부분이 180도 회전하여 다시 유합

 

  - 연관 및 교차 - 유전자 지도 작성의 기초가 된 유전현상

    : 한 염색체 상에 2개 이상의 유전자가 위치하고 있을 때 이들 유전자는 연관되어 있다고 하는데, 연관되어 있는 일련의 유전자군을 연관군이라 함, 동일염색체상에는 2개 이상의 유전자가 연관되어 있어야하고, 연관된 유전자들은 n핵상의 염색체만큼 연관군을 이루고 있다. 보리는 7개, 옥수수 10개, 벼는 12개의 연관군을 가진다.

   -> 완전연관 : 양친과 다른 유전자형이 전혀 생기지 않는 경우

    cf) 부분연관 : 양친과 다른 유전자형의 배우자가 조금이라도 생기는 경우

    * 자가수정작물에서 연관유전을 할 경우 고정형 신조합의 출현빈도가 독립유전에 비해 훨씬 적으므로, 고정형 신조합을 얻기 위해서는 연관정도가 가까울 수록 독립유전보다 훨씬 많은 개체수 필요

 

  -  교차 : 상동염색체에 있는 염색 분체들 사이에서 일어나는 물리적인 부분교환 현상을 말한다. 즉, 염색분체 간의 부분교환이 일어남에 따라 조환이 생기게 되는 현상을 교차라고 함

    * 교차가 일어나는 시기는 제1감수분열 전기이고, 교차가 일어나는 부분을 키아즈마(chiasma)라고하며, 교차는 염색체 상의 유전자 위치가 멀수록 잘 일어난다.

 

  - 조환 : 상동염색체 위에 연관되어 있는 AB와 ab 유전자가 교차에 의해 서로 짝을 바꾸어서 Ab와 aB로 나뉘었을 때 이를 조환이라고 한다.

 

  - 유전자 분석 : 적중률을 추정하는 통계적 수단을 카이 검정(X2 테스트)이라 한다

  -> 연관의 정도를 알아보기 위해 조환가를 계산하는데 조환가는 염색체 위의 유전자간 거리에 따라 달라진다. 조환가는 0에 가까울수록 가깝게, 50에 가까울수록 멀게 연관되어 있다. 즉, 조환가가 0에 가까울수록 강한연관, 50에 가까울수록 약한 연관, 조환가가 0이되면 완전연관이라 한다.

    ** 조환가 = 교차형(조환형) / 교차형(조환형) + 비교차형(부모형) x 100

 

 - 유전자 분석이란 육종대상 형질에 관여하는 유전자의 수나 위치, 그리고 이들의 상호관계를 분석하는 것이다. 연관의 정도를 알아보는데 사용하는 검정법 중 가장 적합한 것이 조환가의 계산이다.

 - 3점 검정교배 : 연관된 유전자들의 염색체 상위치를 결정하기 위한 방법으로 A, B, C 세개의 유전자에 대하여 hetero인 개체를 3중 열성개체와 교배하는 것을 말한다. 죽, AaBbCc x aabbcc 조합이 3점검정교배이다. 이 방법은 세번의 교배로 얻을 수 있는 세 유전자간의 조환가를 단 한 번의 교배로 얻을 수 있어 시간과 노력을 절감할 수 있다.

 

 - 양적 형질의 유전과 선발

  : 질적 형질과 양적 형질의 비교

   <질적형질> 불연속변이(대립변이) - 소수 주동유전자에 의해 지배(환경의 영향 x, 유전력 크다), 초기선발 및 계통 육종법이 유리하다. 멘델식 유전(꽃의 색, 내병성, 숙기, 초장(장, 단간)

  <양적형질> 연속변이(방황변이) - 복수유전자나 폴리진계에 의해 지배(환경의 영향을 많이 받음, 유전력 작다), 후기선발 및 집단 육종법에 유리, 세포질 유전 - 멘델식 유전 비적용, 집단의 평균, 분산 등 통계학적 방법 사용(수량, 길이, 넓이, 무게 함량 등)

   * 폴리진(polygene) :  연속 변이의 원인이 되는 유전자로 각각의 폴리진은 그 작용이 환경변이보다 작고 동일한 효과를 가지며, 같은 방향으로 작용하되, 누적효과를 나타내는 많은 유전자들이 한 군으로 되어있다고 정의한다. 형질의 유전에 관여하는 무한히 많은 수위 좌위에서 분리가 일어나며, 폴리진에 의한 형질의 발현은 집단 구성원에 작용하는 환경의 차이에 의해서 상당히 변화될 수 있다.

 

 - 유전력 : 육종상의 이용에는 환경분산보다 유전분산이 중요, 유전 분산 중에서도 상가적 분산이 중요함

  : 유전분산의 유형 - 집단의 변이를 나타내는 통계량(유전분산/환경분산)

  -> 유전분산은 유전자작용의 상가적 분산, 우성적 분산, 상위성 분산으로 나눔 

   : ㄱ. 상가적 분산 - 대립 유전자의 수가 증가 또는 감소함에 따라 직선적으로 증가 또는 감소하는 유전자 효과를 상가적 효과라 하며, 유전자 작용이 상가적인 개체들의 분산을 상가적 분산이라 한다. F1(1대 잡종)의 표현형 값이 양친평균과 일치하면, 유전자작용은 상가적이다.

     ㄴ. 우성적 분산 - F1의 표현형 값이 양친의 어느 한 쪽과 일치하면 완전우성. 양친과 양친평균사이에 있으면 불완전 우성, 양친 값을 벗어나면 초월우성이다. 유전자 작용이 우성인 개체들의 분산을 우성적 분산이라 한다.

     ㄷ. 상위성 분산 - 상위성은 비대립 유전자의 상호작용으로서 AaBB, AaBb, Aabb의 표현형 값이 서로 다르게 나타난다. 상위성이 있는 개체들의 분산을 상위성 분산이라 한다.

 *  유전분산의 분산성분 중에 상가적 분산만이 고정되며, 우성적 분산과 상위성 분산은 세대 진전과 더불어 사라진다. 형질의 유전적 개량을 목적으로 하는 육종에서는 잡종 집단의 표현형 분산 중에 상가적 분산이 중요한데, 고정되는 상가적 유전분산을 육종가(Breeding value)라고 한다.

 

 : 표현형의 전체분산에 대한 유전분산의 비를 광의의 유전력이라고 하고,표현형의 전체 분산에 대한 상가적 분산의 비를 협의의 유전력이라한다. 유전력이 높은 형질은 표현형에서 유전자형이 잘 추정되므로 개체선발이 유효하다. 유전력이 높은 형질은 조기선발이 효율적이나, 낮은 형질은 개체선발의 효과가 적으므로 자가수정작물의 경우 많은 유전자들이 고정된 후기세대 선발이 유리하다. 양적 형질의 표현형에 나타나는 상관관계를 표현형 상관이라하며, 유전 상관과 환경상관이 있다.