제5장 유전자 연관과 염색체지도
제1절 유전자의 연관(linkage)
1. 연관과 연관군
동일 염색체 상에 자리잡고 있는 유전자간에 생기는 특별한 관계를 연관이라한
다(Mendel의 독립유전법칙이 적용되지않음).
Sweet pea의 꽃색갈과 화분의 형태에 대한 양성잡종AaBb -->AB, Ab, aB, ab가 각각
1:1:1:1의 비율로 생기지 않고 다른비율로 생긴다.
* 연관군(linkage group): 한생물의 연관군수는 생식세포의 염색체수와 일치(옥수수
n=10 연관군수 10, 벼 n=12, 연관군수 12)
2. 연관 유전자의 검색
* 연관유전자의 비(B-->자색, L-->화분장타원형, sweet pea)(표5-2 참조)
7BL:1Bl:1bL:7bl -->B-L-(177):B-ll(15):bbL-(15):bbll(49)
* BL과 bl우성 또는 열성유전자 끼리 조합되는 배우자가 많이 생기는 F1개체의 유전
자형을 相引(coupling)이라고한다.
* Bl과 bL이 많이 생기는 것이 相反(repulsion)이라고한다.
* 조환형(상인에서는 Bl이나 bL, 상반에서는 BL이나 bl)-->교차에 의해형성
그림 5-1
제2절 교차와 재조합가
1. 염색체 교차
* 염색분체(chromatid)의 부분교환 현상->염색체교차(crossing over)->키아즈
마(chiasma)
* 교차에 의해-> 비교차형(부모형)과 교차형(재조합배우자)
* 연관된 두 유전자사이의 교차: 단교차(single crossingover)->1회교차; 이중교
차(double crossingover); 다중교차(multiple crossingover)<그림 5-2참조>
<참고 사항; 염색체의 부분 교환기구>
세포분열
1)분열전기(prophase)
(1) 세사기(leptantene): 일가(암수 한쪽에서는 각 1본염색체); 일가염
색체(univalent chromosome)
(2) 접합기(zygotene)또는 대합기: 상동염색체끼리 쌍을 만든다.이가염
색체 ( bivalent chromosome)
(3) 태사기(pachytene): 4본으로 나누워짐
(4) 복사기(diplotene): 4중구조(염색분체; chromatid)
* sister chromatid(자매염색체):4개의 염색체중
같은염색체에서나온것
* 염색분체가 벌어지면서 교차가 생기는 것이 보
인다. 이현상을 chiasma라고한다.
(5) 이동기(dikinesis)
2) 중기(metaphase)-->후기(anaphase)-->종기(telophase)
* 교차설
1) chiasma 형설(일면설, 교차할때일어난다)
2) 이면설
3) 반염설(180도 꼬인부분에서 생긴다)
4) 신 chiasma설
5) 분자교차설(유전물질의 재조합에 특정효소가 관여하여 Tu-bacteria
phase 와 Lamda phage간)
* (핵산의 중간 분해효소)DNA절단효소-->DNA 한가닥중 한개 절단-->(DNA의 중합효소가 작용)-->보족적 nucleotide를 붙여준다-->짧은 DNA의 이중구조(양친의 DNA와 교량역활)-->DNA이중구조 다른가닥절단-->절단부분과 다시연결(DNA이중구조의 부분과 교환이 일어난다)
2. 연관의 강도와 재조합가
* 재조합가(recombination value: R.V.): 총배우자중에 교차형배우자가 차지하는 비율(
또는 재조합 빈도; recombinant frequency; R.F.)
* 유전자의 재조합가(recombination value)
재조합가 = <교차형배우자수 / 총배우자수> x 100%
* 재조합가=교차가(crossing over),단2중교차등의영향으로 일치하지 않는 경우가 있다.
* 연관정도는 염색체 위에는 유전자거리에 달라지며 거리가 멀면 재조합가가 높고, 가
까우면 재조합가가 낮다. 조환형이 적게 생기면 강한 연관(linkage), 조환형이 많이
생기면 약한 연관, 조환가는 최고 50%(1/1+1=0.5)
* 조환이 전혀 일어나지 않는 경우 완전연관(complete linkage); 초파리의 수컷이나
누에의 암컷
* 특정 연관유전자간의 재조합가는 원칙적으로 일정하다. 그러나 유전자형이나 환경변
화에 따라 재조합가가 변동되기도 한다.
<참고사항; 교차에 영향을 미치는 요인>
1) 자웅: 메뚜기는 암컷이 숫컷보다 교차율이 높다.
2) 연령: 우화직후 어린파리가 산란하는 자식에서는 높고, 30일 이후가
최저 3.5%로 교차율
3) 온도: 부화온도에 따라 교차율이 다라진다(평균정상 교차율 6%)
9-13oC(13.5%); 22oC(6%); 32oC(15.7%)
4) 그밖의 요인: X선조사-->X염색체 조환가가 저하, 라듐-->조환가가높아진다.
3. 재조합가의 계산
1) 검정교배에 의한 재조합가 계산
헤테로인 F1에 2중열성을 교배-->교차형과 비교차형의 비율을 알수있다.
2) 조환가의 검출
Test cross(검정교잡);AB/ab x ab/ab-->nAB:1Ab:1aB:nab(배우자의 분리비)
-->BC1자손의 분리비 nAaBb:1Aabb:1aaBb:naabb가 되므로 이들 개체분리비는 곧 배우자 분리비가 된다.
* 조환가=(교차형)/(교차형+비교차형)x100%
* 옥수수의 경우 =(16+12)/120 x 100% = 23.3%<표5-3>
(2) F2표현형에 의한 재조합가 계산
* 1) self는 쉬우나 교잡이 어렵거나, 2) 이중열성으로 생존력이 극히 불량한 경우, 3) 육종과정에서 F2의 성적을 알고있는 경우;-->F1의 검정교잡이 아니라 F2의 분리비로 조환가를 검정(Immer의 승적법; product ratio method)
* F2분리비 AB:Ab:aB:ab-->660:90:70:160인 경우 이중열성개체 160/1000 으로 1/16(
독립적일때의 비)보다 크기 때문에 상인: AB와 ab를 p, aB와 Ab를 (1-p)라 하면 상인
인 경우는 1-p, 상반인 경우 p가 조환가가 된다.
* F1, AB:Ab:aB:ab=p/2:(1-p)/2:(1-p)/2:p/2 (F1의 배우자분리비)
F2의 4가지 표현형 분리비; A_B_:A_bb:aaB_:aabb=(2+p2)/4: (1-p2)/4: (1-p)2/4:
p2/4<표5-4>
* 표현형 관찰수 AB:Ab:aB:ab-->a:b:c:d라 하면
1) 상인인 경우 X=bc/ad =(1-p2)2/(2+p2)p2
상반인 경우 X=ad/bc=(2+P2)P2/(1-P2)2
* 부표5-5에서 p값을 구할수있다.
* 이중열성의 빈도가 1/16보다 많으면 상인이고, 적으면 상반이다.
* F2의 표현형=586:96:69:249-->상인
상인의 승적비 (96x69)/(586x249)=(1-p2)2/(2+p2)p2=0.0454
표 5-5에서 재조합가->0.16
(3) 재조합가의 표준오차
재조합가 (R.V.)±?
??= P(1-P)/n; p=재조합가, n=총조사개체수,?=표준편차
? = 0.16(1-0.16)/1.00=0.016, 0.16±0.0116
제3절 염색체 지도의 작성과 이용
1. 염색체지도(Chromosome map)
유전자의 배열 및 상대적 거리를 그림으로 나타낸것
유전학적염색체지도, 세포학적염색체지도, 타선염색체지도
2. 염색체지도 작성
(1) 이점검정과 삼점검정
1) Genetic map(or linkage map); 유전학적 또는 연쇄지도
* 2점검정(양성잡종)과 3점검정(3성잡종)
삼중열성유전자교잡(3-point test cross)<그림 5-3>
<참고>
1) 유전학적 염색체지도
2) cytological map(세포학적 지도)
X-처리--->제3염색체일부-->제4염색체로 전좌(초파리) translocation
(粗眼<-->多毛) (粗眼<-->無眼)
3) Salivary gland Chromosome(唾腺染色體)
쌍시목(파리나 모기)--> 한쌍의 관상타선(salivary gland)
Salivary chrom(1933, Painter); Giant Chromosome, polytene
chrosome(다사염색체)
* 타선염색체의 특징
(1) 정지기에도 염색체가 나타남(resting stage)
(2) 상동염색체가 접합하여 1본의 2가염색체(70페이지 참조)
(3) 란원세포에 비해(7.5u)약 150배(1,180u)
(4) band(帶), line, dot 등이있다.
* 타선염색체의 장점
(1) 전좌(translocation), 역위(inversion), 결실(deficiency), 중
복(duplicate)등이 쉽게 발견 된다.
(2) 종의 유연분류
(3) 횡대수2,650본(고전유전학에서의 유전자수 1,500- 3,000본과일치)
2) 연관유전자의 배열순서
* 조환가 검정에 의해 제작
a <--> b 3%, b<-->c 2%, a<-->c 5%인 경우 a b c
3 2 centi-morgan
* 돌연변이 f(이미 알고있는 제1염색체위의 d 유전자와 조환가 4%일때
d와 연관이 있는 e(d와 3%)와 f가 7%이면 f d e
4 3
* 표식유전자(maker gene) 1개를 포함한 3점 검정을 해야 정확한 배열순서확인.
* 2중교차가 일어나면 3유전자중 한가운데에 있는 유전자만이 재조합-> + + su,
lz gl + 의 실제유전자의 배열순서는 + su + , lz + gl 이 된다.
(3) 재조합가 추정과 염색체지도작성
* 염색체지도를 작성하기 위해서 연관 유전자의 배열 순서와 유전자간의 상대적인 거
리를 알아야한다.
* lz과 su의 재조합가는 + su gl lz + + 의 출현비율 (33+4))/740=0.099(9.9%)
이중교차형의 출현빈도 (4+20/740=0.008(0.8%) = 10.7%
* 3점검정 교배법으로 유전자간의 재조합가를 추정할 때는 단교차형과 이중교차형의
출현율을 더해야한다.
* su와 gl간의 재조합가도 + + gl lz su + 의 출현빈도 13.9%+0.8%=14.7%
* lz와 gl간의 상대적거리는 lz와 su간의 거리(10.7)+su와 gl간 거리(14.7)=25.4%
3. 간섭과 일치계수
lz와 su간, su와 gl간에 단교차가 완전독립적으로 일어난다면 이들이 동시에 일
어날 확율은 두확율을 곱한것과 같다.
0.107 x 0.147 = 0.0157(1.57%)이지만 실제로는 6/740=0.0081(0.8%)에 불과하다.
이론치보다 관찰치가 작게 나타난 것은 교차를 억제하는 간섭(interference)때문에 나타난 결과이다.
* 일치계수(coefficient of coincidence)=(2중교차 실제빈도)/(2중교차 기대빈도)
1:간섭이 전혀 없는 경우, 0: 완전 간섭이 있는 경우
* 일치계수 0.0081/(0.107x0.147)=0.52; 간섭의 강도 1-0.52=0.48로 실제 2중교차가
48% 억제된다.
4. 염색체 지도의 응용
* 타선염색체--> 곤충,세포학적 염색체지도-->유전학적 염색체 지도의
보조지도
* 잡종후대의 유전자형 또는 표현형 분리비를 예측할 수있어 동식물의 육종에서 유용
하게 이용 할수있다.
* 연관이 강하면->선발집단의 규모를 크게; 연관이 약하면->규모를 작게
* 연관된 두 유전자간의 재조합가는 염색체지도에서 두유전자의 단위수치의 차이가
된다. 0에서 20까지는 실제와 재조합가가 일치, 20이상일때는 그림 5-5와 같다.
C = (실제이중교차)/(기대이중교차) (a-b=10, b-c=20) 일치계수= 0.5일때
0.5=x/(0.2x 0.1) x(실제교차율)= 0.01
실제교차(a와 b, 0.10-0.01=0.09; b와 c 0.20-0.01=0.19
표5-8. 검정교잡시 F1에서 기대되는 각 표현형의 비율
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구 분 유전자형 표현형의 비율
---------------------------------------------------------------------
이중교차형 AbC 0.01/2=0.005
aBc 0.01/2=0.005
a 와 b사이 aBC (0.1-0.01)/2=0.045
교차형 Abc (0.1-0.01)/2=0.045
b와 c 사이 abC (0.2-0.01)/2=0.095
교차형 ABc (0.2-0.01)/2=0.095
비교차형 ABC {1-(0.01 + 0.19+0.09}/2
= 0.355
abc {1-(0.01 + 0.19+ 0.09}/2
= 0.355
---------------------------------------------------------------------
계 1.000
----------------------------------------------------------------------
abc순서
a<--->b 20단위; b<-->c 10단위; 일치계수 0.5, 3점검정교잡에서
3점검정 교잡에서 0.5=x/(0.2 x 0.11)
C(일치계수)=실제이중교차/기대이중교차
* 2중 교차형 AbC가 육종과정에서 목표 형질인 경우잡종집단의
크기가 1,000개체일때 원하는 개체가 5개체정도 포함 될수있다.