chromosomal crossover
1. 개요
감수분열 중 일어나는 현상으로, 두 개의 염색체 간에서 일정한 위치가 겹친 다음 서로 바꿔치기가 일어나게 된다.2. 과정
간단히 글로 쓰자면AAAAA-AAAAA ====> AAAAA-BBBBB
BBBBB-BBBBB ====> BBBBB-AAAAA
가 되는 현상.
감수분열 전기에서, 서로 짝이 되는 상동염색체들은 중앙에 모여들게 된다. 이 과정에서 특정한 단백질 [1]이 들러붙은 부분이 교차 지점이 되게 되고, 이 과정에서 홀리데이 정션이라고 불리는 복합체가 생성된다.
그림이 좀 복잡한데, 두 개의 서로다른 DNA 쌍이 십자가 모양으로 겹쳐져 있다. 거기에 Cre recombinase라는 단백질이 들러붙어있는 모양. 이어서 DNA 가닥을 끊어붙여서 원래는 A가닥이던 DNA가 B가닥으로, 그리고 원래는 B가닥이던 DNA가 A가닥으로 넘어가는 현상.
조금 더 자세히 설명하자면, 일단 한 염색체의 DNA가 끊어진 다음, 5'-3' exonuclease가 각각 한 줄씩 지워버린다. 이후 남은 한짝의 DNA가 짝이되는 염색체에 끼어들어가게 되고[2], 이 과정에서 Cre recombinase가 끼어들면 홀리데이 정션이 생긴 다음 교차 발생. 그리고 그냥 RTEL-1이란 놈이 손상 수복하면 아무일도 없었음이 된다.
생물의 생식세포에서 감수분열(meiosis)이 일어날 때 우선 상동염색체(homologous chromosomes)인 A 유전자를 가진 염색체(chromosome)와 a 유전자를 가진 염색체가 스스로를 복제하여 자매염색분체(sister chromatid)를 만든다. 그러면 그들은 AA의 유전자와 aa의 유전자를 갖는다. 이런 염색체 한 쌍이 서로 붙어서 염색체의 팔을 서로 교환하는데 그것을 염색체 교차(Chromosomal crossover)라고 부른다. 만약 교차에서 유전자의 교환이 일어날 경우 한쪽 염색체는 Aa의 유전자를 갖고, 다른쪽 염색체도 Aa의 유전자를 갖는다. 그러면 각각 A, a, A, a 유전자를 갖는 4개의 염색분체(chromatid)가 생성된다. 정자라면 정자 4개가 생긴다고 생각하면 된다.
교차율은 교차(crossover)에 의해서 새로운 유전자 조합을 갖는 배우자가 출현하는 빈도이다. 즉, AA 유전자를 갖는 염색체와 aa 유전자를 갖는 염색체가 교차를 하여 Aa 유전자를 갖는 염색체를 만드는 비율을 말한다. 교차율은 0~50 사이의 값이며, 다른 염색체 위에 있는 두 개의 유전자는 50%의 값을 갖는다. 같은 염색체 위에 있는 두 개의 유전자의 경우 가까이 있으면 교차율이 낮고, 멀리 있으면 높다. 이렇게 하나의 염색체 위에 가까이 있는 2개의 유전자가 서로 같이 다니는 경향성을 연관(linkage)이라고 부른다.
교차율 1%를 1 센티모건(cM)이라고 부른다. [연재] 유전학자 일손 덜어준 고마운 '우렁각시' 염색체 2010. 03. 19
이 교차와 연관 때문에 그레고어 멘델의 연구 결과를 의심하는 사람들이 있다.
3. 의의
유전적 다양성의 확보에 매우 중요한 역할을 한다. 만일 교차가 없다면, 부모에게 받은 유전자는 그냥 그대로 자손에게 넘어간다. 교차가 있기 때문에 부모의 유전자가 섞여서 자손에게 전해지게 된다.이 교차는 말 그대로 확률적인 현상이기 때문에, DNA와 DNA의 거리가 멀면 일어날 가능성이 높고 거리가 가까우면 가능성이 낮아진다. 따라서 예전에는 DNA 상의 유전자간의 거리를 나타낼 때 이 교차의 가능성을 가지고 거리를 쟀었다. 교차 현상의 발견자 이름을 붙여서 모건이라고 불렀다. 뭐 현재는 DNA 전체를 시퀀싱해버린 상황이니 흘러간 옛이야기가 되어버렸지만 아직도 고딩들을 괴롭히고 있는데[3], 그냥 완전연관이니 불완전연관이니 하는 게 저 위의 크레 리컴비네이즈니 홀리데이 정션이니 하는 것보다 낫다고 생각하고 그냥 외우는 거 추천. 어차피 홀리데이 정션도 외우는거다.
그리고 교차에서 하나 귀찮은 것이, 끼어들어가서 교차가 일어난 곳이 엉뚱한 곳이면 말 그대로 심각한 돌연변이가 된다. 백혈병 중 필라델피아 염색체 참조.
4. 관련 문서
[1] Spo11, DNA 손상 복구를 담당하는 단백질인데 감수분열에서는 역할이 달라진다.[2] 이 지점이 바로 키아즈마[3] 물론 생명과학I에서는 유전 관련 문제에서는 돌연변이를 고려하라는 말이 있어도, 교차를 고려하라고 하지 않는다.