유전자풀
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1. 개요
유전자 풀은 특정 집단 내에서 발견되는 모든 유전자의 총체이며, 유전적 다양성을 나타내는 중요한 개념이다. 유전자 풀은 개체군의 적합도, 멸종 위험, 그리고 진화 과정에 영향을 미치며, 유전자 빈도와 유전자형 빈도와 같은 관련 개념을 포함한다. 유성 생식을 하는 생물에서 감수 분열은 유전자 풀에 유전자를 제공하고, 하디-바인베르크 평형은 유전자 풀과 유전자 빈도의 개념을 사용하여 유전자형 빈도를 설명한다. 작물 육종에서는 유전자 풀을 1차, 2차, 3차로 분류하여 활용하며, 유전자 풀 중심지는 중요한 작물과 가축의 기원지로서 다양한 유전 자원을 보유한다.
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| 유전자풀 |
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2. 개념
유전자 풀은 특정 시점에 한 개체군 내에 존재하는 모든 유전자의 총합을 의미하며, 개체군 유전학 연구의 핵심 개념이다.[1] 유전자 풀이 크다는 것은 유전적 다양성이 풍부하다는 것을 뜻하며, 이는 선택과 같은 외부 환경 변화에 잘 적응할 수 있는 튼튼한 개체군임을 나타낸다. 반면 유전적 다양성이 낮으면 (근친 교배 및 개체군 병목 현상 참조) 생물학적 적합도가 감소하고 멸종 가능성이 커질 수 있다. 그러나 유전적 부동에서 볼 수 있듯이, 작은 개체군에서는 유기체의 적합성을 높이는 새로운 유전적 변이가 고정될 가능성이 더 높기도 하다.[1]
개체군 내 모든 개체가 특정 표현형과 관련하여 동일하면 '단형성', 여러 변이를 나타내면 '다형성'이라고 한다.[1]
2. 1. 유전자 빈도와 유전자형 빈도
'''유전자 빈도'''는 특정 대립 유전자가 유전자 풀에서 차지하는 비율을 나타낸다. 이배체 생물에서는 한 개체에 포함된 대립 유전자가 최대 2종류(이형 접합체)이지만, 개체군으로서는 복대립 유전자로 3종류 이상의 대립 유전자를 가질 수도 있다. 유전자 빈도는 개체의 유전자형의 차이에 관계없이 각 대립 유전자에 대해 구한다. 한편, 개체의 유전자형에 주목하여 그 빈도를 구한 경우, '''유전자형 빈도'''라고 부른다.2. 2. 유성 생식과 유전자 풀
유성 생식을 하는 생물은 감수 분열을 통해 유전자좌에 있는 대립 유전자가 무작위로 배우자에게 전달되어 유전자 풀에 기여한다. 수정을 통해 양쪽 부모로부터 유전자가 조합된 개체가 만들어지고, 배우자의 유전자는 다시 유전자 풀로 돌아간다.3. 하디-바인베르크 법칙과의 관련
하디-바인베르크 평형을 설명할 때 유전자 풀과 유전자 빈도는 중요한 개념이다. 이 법칙에서는 개별 개체의 유전자에 대해 설명하는 것이 아니라, 유전자 풀과 유전자 빈도 개념을 사용하여 차세대 유전자형 빈도를 설명한다.[1]
4. 유전적 다양성
거대한 유전자 풀은 광범위한 유전적 다양성을 나타내며, 이는 강렬한 선택의 시기를 견딜 수 있는 튼튼한 개체군과 관련이 있다. 한편, 낮은 유전적 다양성(근친 교배 및 개체군 병목 현상 참조)은 감소된 생물학적 적합도와 멸종의 증가된 가능성을 초래할 수 있지만, 유전적 부동에 의해 설명된 바와 같이, 유기체의 적합성을 증가시킬 수 있는 새로운 유전적 변이가 비교적 작은 개체군에서 고정될 가능성이 더 높다.
개체군의 모든 개체가 특정 표현형 특성과 관련하여 동일할 때, 해당 개체군은 '단형성'이라고 한다. 개체들이 특정 특성의 여러 변이를 나타낼 때 그들은 다형성이라고 한다.
유전자 풀에 포함된 유전자를 무작위로 추출하여 조합함으로써 다양한 유전자형을 가진 개체가 탄생하게 된다.
예를 들어, 인간(상염색체 22쌍)과 같이 각 상염색체에 하나의 유전자좌만 있는 생물(총 22 유전자좌)에서 각 유전자좌가 3종류의 대립유전자를 가진다고 가정하면, 전체 유전자형의 수는 622 (약 1.3 x 1017)이 된다. 실제 인간의 유전자좌 수는 2만 개 이상[4]이므로, 유전자 풀에 포함된 유전자형의 다양성은 훨씬 더 크다. 2006년 기준 실제 인구는 약 65억 명[5]이며, 일란성 쌍둥이를 제외하면 완전히 같은 유전자 구성을 가진 개인은 세계 어디에도 존재하지 않으며, 과거에도 존재하지 않았을 확률이 매우 높다.
5. 진화와의 관련
진화의 종합설에서는 유전자 풀 내 각 유전자의 비율 변화를 진화로 간주한다. 예를 들어, 기린의 목이 길어지는 진화는, 목이 짧은 유전자만 있던 유전자 풀에 돌연변이로 목이 긴 유전자가 추가되고, 생존에 유리한 조건에서 목이 긴 유전자의 비율이 증가하여 결국 유전자 풀에 목이 긴 유전자만 남게 되는 과정으로 설명할 수 있다.[1]
거대한 유전자 풀은 광범위한 유전적 다양성을 나타내며, 이는 강렬한 선택의 시기를 견딜 수 있는 튼튼한 개체군과 관련이 있다. 한편, 낮은 유전적 다양성(근친 교배 및 개체군 병목 현상 참조)은 감소된 생물학적 적합도와 멸종의 증가된 가능성을 초래할 수 있지만, 유전자 부동에 의해 설명된 바와 같이, 유기체의 적합성을 증가시킬 수 있는 새로운 유전적 변이가 비교적 작은 개체군에서 고정될 가능성이 더 높다.
개체군의 모든 개체가 특정 표현형 특성과 관련하여 동일할 때, 해당 개체군은 '단형성'이라고 한다. 개체들이 특정 특성의 여러 변이를 나타낼 때 그들은 다형성이라고 한다.
5. 1. 진화를 가능하게 하는 4가지 힘
돌연변이, 유전자 이동, 유전자 부동, 자연선택은 진화를 가능하게 하는 요인이다.[1]진화의 종합설에서는 유전자 풀 내 각 유전자의 비율 변화를 진화라는 현상으로 간주한다. 예를 들어, 아직 목이 짧았던 기린 개체군에서 돌연변이로 약간 목이 긴 유전자를 가진 기린이 나타났을 때, 목이 짧은 유전자밖에 없었던 유전자 풀에 목이 긴 유전자가 추가되었다. 그러면 그 유전자 풀에 기초하여, 일정 비율로 목이 긴 기린이 태어나게 되었다. 이때 목이 긴 것이 생존에 유리한 조건이 되면, 목이 긴 기린이 더 많이 살아남아 자손을 남기고, 유전자 풀 안에서 목이 긴 유전자의 비율이 조금씩 증가해 갔다. 최종적으로는 유전자 풀은 목이 긴 유전자만 남게 되었다. 이렇게 하여 약간 목이 긴 기린으로 진화했다고 생각한다.[1]
6. 작물 육종에서의 유전자 풀 개념
Harlan과 de Wet(1971)은 작물 육종에서 유전자 풀 개념을 활용하여 작물과 관련된 종을 1차 유전자 풀(GP-1), 2차 유전자 풀(GP-2), 3차 유전자 풀(GP-3)의 세 가지 범주로 분류할 것을 제안했다.[3]
6. 1. 1차 유전자 풀 (GP-1)
1차 유전자 풀(GP-1)은 동일한 "종"(전통적인 생물학적 용법에서)으로 간주되어 자유롭게 교배할 수 있는 작물 품종과 야생 품종을 포함한다. Harlan과 de Wet은 "이 유전자 풀의 형태들 사이에서는 교배가 쉽고, 잡종은 일반적으로 염색체 쌍 형성이 잘 이루어지며 비옥하고, 유전자 분리는 대략 정상적이며 유전자 이동은 일반적으로 쉽다"라고 썼다.[3] 또한 각 작물 유전자 풀을 재배 품종(하위 종 A)과 자생 품종(야생 또는 잡초, 하위 종 B)의 두 하위 그룹으로 나눌 것을 권장했다.6. 2. 2차 유전자 풀 (GP-2)
2차 유전자 풀(GP-2)의 구성원들은 고려 대상 작물 종(1차 유전자 풀)과는 다른 종으로 분류된다. 그러나 이 종들은 밀접하게 관련되어 있어 교배가 가능하며, 적어도 일부 비옥한 잡종을 생산할 수 있다.[3] 다른 종의 구성원들에게서 예상할 수 있듯이, 1차 및 2차 유전자 풀 구성원 간에는 몇 가지 생식 장벽이 존재한다.[3]- 잡종이 약할 수 있다.
- 잡종이 부분적으로 불임일 수 있다.
- 염색체가 제대로 짝을 이루지 못하거나 전혀 짝을 이루지 못할 수 있다.
- 원하는 형질의 회복이 후대에서 어려울 수 있다.
그러나 "식물 육종가나 유전학자가 필요한 노력을 기꺼이 기울인다면 유전자 풀을 활용할 수 있다."[3]
6. 3. 3차 유전자 풀 (GP-3)
3차 유전자 풀(GP-3)의 구성원들은 1차 유전자 풀의 구성원들과 더 멀리 관련되어 있다. 1차 및 3차 유전자 풀은 교배가 가능하지만, "다소 극단적이거나 급진적인 조치"[3] 없이는 유전자 이동이 불가능하다. 예를 들면 다음과 같다.- 배아 구출 (또는 배아 배양, 식물 기관 배양의 한 형태)
- 유도된 배수성 (염색체 배가)
- 가교 교배 (예: 2차 유전자 풀의 구성원과)
7. 유전자 풀 중심지
유전자 풀 중심지는 중요한 작물과 가축이 기원한 지구상의 지역으로, 재배 식물 종과 유용한 열대 식물의 야생종이 다양하게 분포하는 곳이다.[1] 또한 다양한 아열대 및 온대 지역 종도 포함한다.[1]
참조
[1]
웹사이트
Gene pool | genetics | Britannica
https://www.britanni[...]
[2]
서적
Lonely Ideas: Can Russia Compete?
MIT Press
2013
[3]
논문
Toward a Rational Classification of Cultivated Plants
[4]
기타
[5]
기타
[6]
기타
자연선택의 원리. 최재천 글
http://navercast.nav[...]
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