개미의 성을 결정하는 오래된 유전자 구성요소

[사이언스 데일리] 음과 양, 수성과 화성, 달과 해, 어떻게 부르기로 하든지 남성이 되느냐 여성이 되느냐 하는 것은 삶에 큰 차이를 가져오며 이것은 인간에게만 국한된 것은 아니다. 연구자들이 개미의 성을 결정하는 두 개의 오래된 유전자 구성요소를 발견했다.

(2015년 11월 26일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 오키나와 과학기술대학원대학 (OIST)

볼렌호비아 에메리 (Vollenhovia emeryi ) 의 일개미. Credit: Professor Alexander S. Mikheyev

에메리개미 (Vollenhovia emeryi ) 의 일개미. Credit: Professor Alexander S. Mikheyev

음과 양, 수성과 화성, 달과 해, 어떻게 부르기로 하든지 남성이 되느냐 여성이 되느냐 하는 것은 삶에 큰 차이를 가져오며 이것은 인간에게만 국한된 것은 아니다. 오키나와 과학기술대학원대학의 박사후 연구원이었던 미사토 O. 미야카와 박사와 생태 및 진화 분과의 리더인 알렉산더 S. 미케예브 교수가 개미의 성을 결정하는 두 개의 오래된 유전자 구성요소를 발견했다. 논문은 플로스 제네틱스 (PLOS Genetics) 에 막 출판되었다.

많은 종류의 동물에서 성은 성염색체에 의해 결정된다. 예를 들어 인간에서는 Y 염색체가 남성의 발생을 촉발시킨다. 하지만 수십만 종류의 곤충, 예를 들면 개미, 말벌, 그리고 벌의 경우는 배수반수체라고 불리는 완전히 다른 성 결정 체계를 가지고 있다. 배수반수체 유기체에서 성은 보통 “상보적 성결정” 이라고 불리는 기작에 의해 결정된다. 암컷은 배수체인데, 이것은 성을 결정하는 상보적인 유전자 두 개를 하나는 엄마로부터 다른 하나는 아빠로부터 물려받아 가지고 있다는 뜻이다. 그 반면에 수컷은 반수체인데, 이 유전자를 하나만 가지고 있기 때문이다.

근친교배의 경우에는 상황이 달라진다. 성을 결정하는 유전자는 여러 변이를 가지고 있는데 가까운 가족의 일원은 동일한 버전을 가지고 있을 가능성이 높다. 개미가 동일한 성 결정 유전자를 두 개 가지고 태어날 경우 이 개체는 암컷으로 발생해야 하지만 실제로는 생식능력이 없는 배수체 수컷이 된다. 생식능력이 없는 수컷이 만들어지는 것은 배수반수체 생식 메커니즘의 단점이다. 특히 개미 세계에서 수컷은 일을 하지 않고 생식만을 위해 존재하기 때문이다. OIST 의 과학자들은 상보적 성 결정 기작에 관련된 유전자들이 어떤 것인지 이해하기를 원했다. 지금까지 이런 연구는 꿀벌에서만 진행되었고, 개미나 그와 연관된 곤충에서는 기작을 알아내기가 힘들었다.

OIST 의 연구팀은 일본에 사는 개미인 에메리개미 (Vollenhovia emeryi) 종에서 부분적인 답을 찾아냈다. 형제 자매 사이에 유전적 교배를 시킴으로써 OIST 의 과학자들은 생식능력이 없는 수컷을 만들어내 유전체의 어느 부분이 이 현상에 연관되어 있는지를 살펴볼 수 있었다. 이들은 근친교배로 태어난 자손 중 25% 가 생식능력이 없다는 것을 관찰하고, 이 현상이 에메리개미의 DNA 에서 두 곳에 따로 위치한 성 결정 영역의 존재 때문이라는 것을 발견했다. 첫번째 영역은 1백만 년 이상 된 것으로 두 개의 유전자가 들어있는데, 이 유전자들은 꿀벌의 성 결정에도 연관되어 있는 것이었다. 두번째 영역은 새롭게 알려진 것인데 이 영역의 주된 기능은 아직 알려지지 않았다.

“성 결정 체계는 빠른 속도로 진화하고 있다고 생각되지만, 이번 연구 자료를 보면 벌과 개미에서 공통으로 이용되는 성 결정 체계의 요소들은 공룡이 살던 시대까지 거슬러 올라가는 것으로 보입니다. 이 발변은 또 성 결정 기작의 분자적 다양성에 대해 아직도 배울 것이 훨씬 많다는 것을 보여주고 있습니다.” 미케예브 교수의 설명이다.

참고문헌

Misato O. Miyakawa, Alexander S. Mikheyev. QTL Mapping of Sex Determination Loci Supports an Ancient Pathway in Ants and Honey Bees. PLOS Genetics, 2015; 11 (11): e1005656 DOI: 10.1371/journal.pgen.1005656

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카테고리:번역, 사이언스 데일리, 생물학, 현생, 절지동물

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