화려한 옥수수 색과 멘델의 유전 법칙

우리는 아버지와 어머니, 둘 중에 어떤 분을 닮았을까요.

눈은 아버지를 닮았지만, 입가는 어머니를 닮았다고 하는 것처럼 둘의 중간이라고 하기보다는  부분적으로

닮은 경우가 많습니다. 

인간 에게는 46개의 염색체가 있고, 이 염색체는 2개가 한 쌍입니다.

즉 23쌍의 염색체에 살아가기 위한 기본 정보가 모두 포함되어 있다는 것입니다.

이 기본적인 염색체 전체를 <게놈>이라고 합니다.

게놈은 <유전자>와 <모든>을 의미하는 단어를 조합하여 만들어진 신조어입니다.

우리의 염색체가 쌍을 이루고 있는 이유는 아버지와 어머니에게 각각 하나씩 받았기 때문입니다.

그리고 그중에 하나가 작동을 합니다.

혈액형을 예로 들자면 혈액형에는 A형, B형, O형, AB형 4가지 유형이 있습니다.

아버지와 어머니 모두에게 O형 유전자를 받았다고 하면, O와 O가 조합되어 아이도 O형이 됩니다.

아버지에게서 O형 유전자를 받고 어머니에게서 A형 유전자를 받았다면, A와 O가 되어 아이는 A형이 됩니다.

A와 O를 모두 가지고 있는 경우에는 A 유전자가 발현하기 때문입니다.

이때 나타나는 A형 유전자를 <우성> 나타나지 않은 O형 유전자를 <열성>이라고 표현합니다.

A형이 뛰어나다는 것이 아니라, A형이 우선 작동한다는 의미입니다.

이처럼 2가지 유전자 중에 하나가 우선적으로 발현하기 때문에 아버지와 어머니 중 한 명을 닮는 특징을 가진 아이가 많은 이유입니다.

물론 유전은 단순하지 않습니다.

운동신경이 좋다 던 지 키가 큰 것은 성질은 하나의 유전자만으로 형태가 결정되지 않습니다.

많은 유전자가 관계되어 나타납니다.

식물로 이 유전 법칙을 증명해 낸 사람이 바로 그레고어 멘델입니다.

멘델의 유전 법칙은 이렇습니다.

완두콩에는 대대로 둥근 것과 주름진 것이 있는데, 둥근 콩은 유전자를 A라고 하고 대대로 둥근 콩은 AA라는 유전자를

가지고 있습니다. 

그리고 주름진 콩의 유전자를 a라고 한다면 대대로 주름진 콩은 aa라는 유전자를 가지고 있습니다.

둥근 콩인 A와 주름진 콩의 a 중에는 둥근 콩인 A가 우성입니다.

이 AA인 완두콩과 aa의 완두콩을 교배하면 자녀 대에서는 반드시 Aa가 나타납니다.

이런 경우 A가 우성이기 때문에 얻을 수 있는 씨앗은 모두 둥근 콩이 됩니다.

이를 <우성의 법칙>이라고 합니다.

그렇다면  이 Aa 완두콩을 자가 교배하면 다음 세대 손자 씨앗을 얻는 다면 손자 세대는 Aa 중 하나의 유전자를 물려받아

손자 대의 조합은 AA, Aa, aa 3가지 종류입니다.

그리고 AA, Aa, aa 가 되는 비율은 1: 2: 1입니다. A의 유전자를 가진 AA와 Aa는 A성질이 되니 둥근 콩이 되고 A유전자를 갖지 않은 aa 만이 주름진 콩이 되는 것입니다.

따라서 손자 대에서는 둥근 콩과 주름진 콩이 3:1의 비율이 됩니다. 

이것을 <분리의 법칙>이라고 합니다.

우리도 부모님을 닮지 않았지만 조부모를 닮는 경우가 있는데 완두콩도 손자 세대에 주름진 콩의 성질이 다시 나타날 수 

있다고 하니 놀랍습니다.

멘델은 생물을 좋아했고 생물학자를 꿈꿨지만 교수가 되기 위한 생물학 시험에서 불합격했다고 합니다.

그런 사람이 세기의 대발견을 한 것입니다.

농업이 발전하면서 인간은 다양한 식물을 개량해 왔습니다.

야생 식물이 자연에서 살아남는 데 필요한 특성과 인간이 이용하기 쉬운 재배 작물의 성질은 크게 다릅니다.

그중 하나가 <탈립 성>입니다.

야생 식물은 생존을 위해 씨앗을 뿌리지만 재배 식물은 인간이 씨앗을 수확하니 씨앗이 떨어지지 않는 편이 좋은 것입니다.

멘델이 유전 법칙을 발견할 수 있었던 것도 재배 식물인 완두콩이 자가 수분 식물이었기 때문입니다.

자가 수분은 재배 식물이 자신의 꽃가루를 자신의 암술에 묻혀 씨앗을 남기는 것입니다.

스스로 혼자서 씨앗을 만들며 자신과 닮은 성질의 자손을 남길 가능성이 커집니다.

옥수수 중에는 노란 옥수수와 흰 옥수수를 교배하여, 노란 알갱이와 하얀 알갱이가 섞여 있는 바이컬러라는 품종이 

있습니다.

노란 알갱이와 흰색 알갱이의 수는 멘델의 분리의 법칙에 따라서 3:1로 이루어져 있습니다.

보통 재배되는 옥수수는 F품종입니다.

따라서 그다음 세대인 씨앗은 분리의 법칙에 따라 제각각이 되어 버립니다.

그런데 생각해 보면 이상한 점이 있습니다. F 품종의 다음 세대는 씨앗 속에 있는 배를 말하는데 배젖 부분이

식물의 아기이고 그 즈위에 있는 씨앗은 배를 보호하고 있는 어머니의 배와 같은 존재입니다.

F 품종의 다음 세대 특징은 배가 싹트면 처음에 알 수 있을 텐데 어째서 어머니의 배와 같은 씨앗이 노란색과 하얀색으로

제 각각이 되어 나타나는 것인지 궁금해집니다.

무지개 옥수수가 있습니다. 이름대로 한 알 한 알의 옥수수 알갱이가 형형색색 화려한 무지갯빛을 하고 있습니다.

아름다운 보석이나 화려한 사탕을 보는 기분이 듭니다. 무지개 옥수수는 정확하게는 <글라스 젬 콘>이라고 부릅니다.

노란 옥수수와 흰 옥수수를 교배하면 노란색과 흰색 알갱이의 옥수수가 나옵니다.

옥수수라고 하면 노란색의 이미지가 강하지만 원래는 노란색과 흰색뿐 아니라 보라색과 검은색, 녹색, 빨간색, 주황색 등

다양한 색상이 있습니다.

무지개 옥수수는 다양한 옥수수를 교배하여 만들어진 것으로 추정됩니다.

옥수수의 원산지인 마야 문명의 전설 속에서는 신들이 옥수수를 반죽하여 인간을 창조했다고 합니다.

그리고 다양한 옥수수로 만들었기 때문에 다양한 피부색을 가진 인종이 되었다고 전해지고 있습니다.

옥수수 알갱이의 색은 꽃가루가 교배한 유전으로 결정되는데 옥수수 알갱이의 색이 변화하는 것은 이상합니다.

수정으로 생긴 씨앗 속의 배는 식물의 아기이니 어머니와 아버지의 유전으로 형질이 정해지는 것이 자연스러운

일입니다.

그렇지만 옥수수 알갱이의 색 부분은 배를 감싸고 있는 부분입니다.

인간으로 말하자면 어머니의 배와 같은 것인데 알갱이 색상이 유전 법칙으로 변화하는 현상은 아버지의 형질이 어머니의

배에 나타나는 것입니다.

종자 속의 배젖에 화분의 우성 형질이 나타나는 이 이상한 현상을 <크세니아>라고 부릅니다.

이것은 복잡한 식물의 수정과 관련이 있는데 식물의 암술 끝에 꽃가루가 묻으면 씨앗이 생깁니다. 꽃가루가 묻는 것을 

<수분>이라고 합니다. 그것 만으로는 수정이 되지 않습니다.

종의 바탕이 되는 밑 시는 암술의 근원인 씨방 속에 있는데 암술 끝에서 끝까지 이동을 합니다.

꽃가루가 씨방 끝에 묻으면 마치 씨앗이 발아하는 것처럼 꽃가루도 발아하고 < 화분관>이라고 불리는 관을 뻗어 암술

속으로 들어가게 됩니다.

화분관이 밑씨 안에 도달하면 꽃가루 속에 있던 정핵은 화분관 속을 통과해 밑씨로 이동합니다.

이상한 것은 이후에 일어납니다.

인간의 정자는 하나의 핵을 가지고 있고 난자와 수정합니다.

그러나 식물의 꽃가루는 핵을 2개 가지고 있습니다.

이 중에 하나는 정상적인 수정을 하고 아기인 배를 만듭니다.

또 다른 정핵은 다른 수정을 하여 아기의 우유에 해당하는  배젖을 만듭니다.

이 처럼 식물이 2번의 수정을 하는 것을 <중복 수정>이라고 부릅니다.

중복 수정은 모든 식물에서 볼 수 있지만 옥수수는 배젖의 성질이 알갱이의 색깔이라는 알기 쉬운 현상으로 나타납니다.

왜 배젖 부분이 수정으로 만들어지는지 살펴보겠습니다.

식물의 몸은 정핵과 난자로부터 하나씩 게놈을 물려받아 2개의 게놈이 한 쌍을  이루게 됩니다.

세로의 핵에 존재하는 유전체에서 염색체가 한 쌍씩 존재하여 2개의 게놈으로 상동 염색체를 가지는 것을 <이배체> 라

합니다.

그러나 배젖은 다릅니다.

정핵으로부터 받은 게놈은 하나지만 암컷에게는 2개의 게놈이 있어서 게놈이 3개가 되는 것입니다.

즉 삼배체 가 됩니다. 게놈이 3개라면 2개보다 씨앗의 영양분이 되는 배젖을 더 많이 만들 수 있습니다.

바로 이것이 식물이 복잡한 수정을 하는 이유입니다.