멘델의 법칙
1. 개요
그레고어 멘델이 발견한 법칙으로, 그의 이름을 땄다. 모든 유전학의 모태이다. 원래는 3대 법칙이라고 했지만, 우열 관계는 예외가 많기에 우열의 원리가 되었다. 그래서 현재는 2법칙 1원리다.
이를 만족시키는 유전 현상을 '''멘델 유전'''이라고 하며, 이것을 가장 잘 만족시키는 집단을 '''멘델 집단'''이라고 한다.
2. 역사
오스트리아의 성직자이며 생물학자였던 그레고어 멘델이 1865년에 완두콩을 교배하여 밝혀낸 유전 원리이다.
발견 이전만 해도 대다수의 사람들은 서로 다른 형질의 개체를 교배하면 서로 다른 색깔의 액체를 섞는 것처럼 생물도 교배 결과로 두 형질의 중간이 나타날 것이라고 믿고 있었다. 물론 이것은 일부 생물 한정으로 어느 정도 사실로 드러났다. 자세한 건 불완전 우성 문단 참고.
이때 마침 멘델은 수도원에서 완두콩을 재배하고 있었는데, 이들 사이에 놀라운 것이 일어나는 것을 알게 되었다. 그 이후 멘델은 완두콩을 교배하기 시작했고, 이때 나온 것이 바로 멘델의 법칙이다. 이때 멘델은 교배한 이후 완두콩의 개수를 일일이 세어서 기록을 했었다고 한다.
참고로 실험을 하기 위한 생물로 완두콩을 도입한 것은 정말 신의 한 수였다. 왜냐하면 염색체의 수도 14개로 적은 편이었고, 유전형질에 환경의 영향이 거의 없었고, 뚜렷했기 때문이다. 무엇보다 이들은 세대가 짧아서 관찰하는데 소요되는 비용이나 시간이 적었다. 참고로 이것 때문에 동물에서는 주로 초파리를 이용한다. 왜냐하면 초파리는 세대가 짧기 때문이다. 만약 멘델이 완두콩이 아니라 환경의 영향을 많이 받는 사람 같은 다른 생물로 했다면 멘델은 유전 법칙을 발견하지 못했을 것이라는 말도 있다.
3. 용어 정의
- 표현형: 개체에서 드러나는 형질
- 순종(동형 접합): 자가교배를 하였을 때 부모와 같은 종류의 형질만 나오는 개체(=RR)
- 혼성화: 서로 형질이 다른 두 순종을 교배하는 것
- 잡종(이형 접합): 혼성화 결과 나오는 개체로, 부모와 다른 종류의 형질이 나오기도 한다.(=Rr)
- 우성: 혼성화 결과 생긴 잡종에서 드러나는 형질. 유전자형이 Rr이라고 하면 R이 우성이다.
- 열성: 혼성화 결과 생긴 잡종에서 감춰지는 형질. 유전자형이 Rr이라고 하면 r이 열성이며 이는 나타나지 않는다.
- 잡종1대: 혼성화 결과 생긴 개체
- 잡종2대: 혼성화 결과 생긴 잡종을 자가교배한 이후 나온 개체
4. 실험 전 가설
멘델은 실험을 기획하면서 4개의 가설을 세웠다.
첫째, 유전되는 특징에서 서로 다른 종류의 유전자가 다양성을 설명한다. 이때 각각의 종류의 유전자를 대립유전자라고 한다.
둘째, 각 특징에서 개체는 각 부모로부터 하나씩 두 개의 유전자를 유전받는다.
셋째, 같은 유전자 좌위의 두 대립유전자가 다르다면, 하나는 개체의 표현형을 결정하는 우성 대립유전자이고 다른 하나는 개체의 표현에 영향을 주지 않는 열성 대립유전자이다.
넷째, 유전되는 특징에 대한 두 대립유전자는 배우자 형성 시에 분리되며 다른 배우자로 들어간다.
사실 멘델의 법칙 대부분은 법칙이라고 부를 수 없을 정도로 예외가 많다. 우열의 법칙, 독립의 법칙의 경우는 법칙이라고 부를 수는 없다. 하지만 당시의 실험으로 이 정도로 들어맞는 이론을 제시했다는 점이 멘델이 대단하다고 평가받는 이유.
5. 우열의 원리
'''모든 것은 대립유전자가 있으며, 그것은 우성과 열성으로 2가지'''로 요약한다.
물론 완두콩만 실험 대상이었던 때는 우열의 법칙이었지만, 붓꽃 등 많은 예외 사례가 나온 이후인 지금은 우열의 원리로 수정되었다. 예로 들자면 불완전 우성(중간 유전), 공동 우성(복대립 유전), 상위 유전이 있다.
5.1. 예외
5.1.1. 중간 유전
둘 사이의 우열 관계가 불완전할 때 나오며, 둘 사이의 잡종 중에 '''중간 형질'''이 나오는 경우가 있기에 '''중간 유전'''이라고 불린다.
대표적인 게 분꽃이다. 실제로 분꽃은 빨간색, 흰색의 두 형질이 있다. 하지만, 빨간색과 흰색 사이의 분명한 우열 관계가 없기 때문에 잡종에선 흰색도 붉은색도 아닌 분홍색이 나오는 경우가 있다. 그렇기에 2차 잡종에선 보통 우성과 열성이 3:1인데 이 사례를 따르는 경우는 한 형질 : 중간 형질 : 또 다른 형질 = 1:2:1이 나오는 경우가 많다.
5.1.2. 공동 우성
공동 우성이란 두 개 모두가 우성인 경우를 말한다. 이것과 중간 유전의 다른 점은 중간 유전은 우열이 있긴 있는데 둘 사이에 우열관계가 분명하지 않기 때문에 생기는 것이고, 공동 우성은 우열도 없는 것을 말하기 때문이다.
중간 유전과의 차이점을 더 쉽게 설명하자면 중간 유전은 빨간색과 파란색이 조합돼서 보라색 자식이 나오는 경우지만 공동 우성일경우에는 태극무늬의 자식이 나오는 식이다.
제일 많이 드는 예로 ABO 혈액형이 있다. 실제로 ABO 혈액형은 A와 B사이엔 우열이 없으며(그렇기에 AB형이 가능한 것이다.), O형은 다른 두 개보다 열성이다. 또한 고양이 털색깔에서도 나타나는 경우가 있다.(검은색, 갈색, 히말라야 색)
그리고 이 현상은 주로 3개 이상의 대립유전자로 결정되는 복대립 유전에서 나타나는 경우가 많다.
5.1.3. 다인자 유전
하나의 형질에 2개 이상의 유전자 자리[1]가 관여하는 유전이다. 복대립은 1개의 유전자 자리에 3종 이상의 대립유전자가 있는 것이다. 각 자리의 유전자는 발현이 미미하지만 여러 자리의 유전자가 모여 양적인 형질을 나타내는데, 이러한 다인자 유전에 관여하는 유전자군을 폴리진이라 한다. 주로 기능이 있거나, 없는 2종의 유전자로 구성되기 때문에 각 자리의 알파벳으로 유전자형을 따지지 않고, 기능 있는 유전자의 수를 합한다. 그렇기에 각 형질을 나타나는 개체수를 그래프로 그리면 정규분포에 가깝게 나온다. 또한 발현이 미미한 여러 유전자들이 모여 형질을 나타내기 때문에, 표현형은 환경에도 영향 받는다. 대표적으로 피부 색, IQ 등이 있다.
5.1.4. 상위 유전
어떤 유전자가 다른 유전자를 완전히 '''압도할 때''' 나타나며, 즉 한 개의 유전자가 열성 혹은 우성이면, 다른 유전자의 우열과 상관 없이, 그 형질이 나타나거나 안 나타나는 것을 말한다.
이것은 색소에 관련된 유전에서 주로 나타난다. 즉, 색소를 나타나게 하는 유전자와 색깔을 형성하는 유전자 몇개가 있는데, 만약 색소를 나타나게 하는 유전자가 열성이면, 아무리 다른 게 우성이라도 색깔이 안 나타나는 것이다.
6. 분리의 법칙
생식 세포로 갈라질 때, 대립유전자는 서로 다른 생식세포로 가는 현상을 말하며, 그렇기에 우성 유전자와 열성 유전자는 다른 생식세포로 간다.
6.1. 예외
6.1.1. 비분리
염색체 비분리 현상이 일어나면 분리의 법칙은 무시하고, 대립유전자가 한쪽으로 몰리거나 결실 등이 일어나서 유전적인 변화가 일어난다. 자세한 건 항목 참고.
이외에도 Cis-AB형 같은 것들이 있다.
7. 독립의 법칙
한 쌍의 서로 다른 유전자가 섞이지 않고 분리되어 생식세포에 나누어 들어가 다음 세대에 전달되는 현상을 말하며, 쉽게 말하자면 '''다른''' 염색체에 있는 '''다른''' 유전자는 서로 영향을 주지 않고 유전이 된다는 뜻이다. 즉, 완두콩의 색과 완두콩의 모양은 서로 영향을 안 준다는 뜻이다. 즉, 연관 유전처럼 똑같은 염색체에 있으면 이 법칙이 성립 안 된다는 뜻이다.
7.1. 예외
7.1.1. 연관 유전
연관 유전은 '''똑같은''' 염색체에 있는 유전자 여러 개 사이에 일어난다.
하지만 그 유전자들이 '''항상''' 같은 생식세포에 들어가는 것은 아니다. 왜냐하면 1차 감수분열 때 교차현상이 일어나기 때문이다. 참고로 이때 교차로 생긴 형질을 가진 자손 수를 전체 자손 수로 나눈 게 바로 교차율이며, 이것으로 유전자 사이의 거리(지도 거리)인 센티모건을 측정한다. 참고로 유전자 사이의 거리가 멀수록 교차율이 커진다.
8. 관련 문서
[1] 2쌍 이상의 대립유전자.