유전학 개론 — 1강: 멘델 유전과 염색체 이론

멘델의 유전 법칙

유전학의 기초:
→ 그레고르 멘델 (1822~1884): 완두 실험으로 유전 법칙 발견
→ 표현형 (Phenotype): 관찰 가능한 특성
→ 유전형 (Genotype): 유전자 구성
→ 대립유전자 (Allele): 같은 유전자 자리의 변이형

제1법칙 — 분리의 법칙 (Law of Segregation):
→ 생식세포 형성 시 한 쌍의 대립유전자는 분리됨
→ F1 (잡종 1세대): 우성 형질만 나타남
→ F2 (잡종 2세대): 우성 : 열성 = 3 : 1

제2법칙 — 독립의 법칙 (Law of Independent Assortment):
→ 서로 다른 유전자는 독립적으로 분리됨
→ 두 형질 잡종 교배 (AaBb × AaBb):
  F2 비율: 9:3:3:1
  AABB:AABb:AaBB:... 각 유전형
→ 조건: 비상동 염색체 상에 위치할 때만 성립

우성과 열성:
→ 우성 (Dominant): 이형접합에서 발현 (A로 표시)
→ 열성 (Recessive): 동형접합에서만 발현 (a로 표시)
→ 동형접합 (Homozygous): AA 또는 aa
→ 이형접합 (Heterozygous): Aa

검정 교배와 확률 계산

검정 교배 (Test Cross):
→ 목적: 우성 표현형의 유전형 결정
→ 우성 표현형 × 열성 동형접합 (aa)
→ AA × aa → 모두 Aa (우성만)
→ Aa × aa → Aa : aa = 1:1 (우성 : 열성)
→ 자손 비율로 부모 유전형 결정

확률 규칙:
→ 곱의 법칙: 독립 사건의 동시 발생 = P(A) × P(B)
  예: Aa × Aa → aa 자손 확률 = 1/2 × 1/2 = 1/4
→ 합의 법칙: 상호 배반 사건 중 하나 = P(A) + P(B)

퍼넷 사각형 (Punnett Square):
→ 교배 결과 유전형·표현형 비율 계산 도구
→ AaBb × AaBb:
  AB, Ab, aB, ab × AB, Ab, aB, ab → 16가지 조합

이항 분포 적용:
→ 특정 조합의 자손 수 계산
→ P(k개 우성 자손 | n개 자손) = C(n,k)·p^k·(1-p)^(n-k)
  p = 우성 자손 확률 = 3/4

카이제곱 검정 (적합도):
→ 관찰 비율 vs 기대 비율 차이 검정
→ χ² = Σ(O - E)²/E
→ 자유도 = (범주 수 - 1)
→ 유의수준 0.05: χ² < 3.84 → 기대 비율 지지

확장된 멘델 유전

불완전 우성 (Incomplete Dominance):
→ F1 이형접합체: 중간 표현형
→ 예: 빨간 꽃 × 흰 꽃 → 분홍 꽃 F1
→ F2: 1 빨강 : 2 분홍 : 1 흰색 (1:2:1)

공우성 (Codominance):
→ F1 이형접합체: 두 표현형 모두 발현
→ 예: ABO 혈액형 I^A I^B → AB형 (A와 B 모두 발현)

ABO 혈액형 유전:
→ 복대립유전자 (Multiple Alleles): I^A, I^B, i 세 가지 대립유전자
→ 혈액형 결정:
  A형: I^A I^A 또는 I^A i
  B형: I^B I^B 또는 I^B i
  AB형: I^A I^B
  O형: ii

치사 대립유전자 (Lethal Alleles):
→ 특정 유전형이 치사 → F2 비율 변형
→ 예: Agouti 마우스 (노란 색 A^y 동형접합 치사)
  A^y A × A^y a → 1/3 A^y A^y (사망) + 1/3 A^y a + 1/3 aa
  생존: A^y a (노란) : aa (검정) = 2:1

다중 대립유전자:
→ 집단에서 3개 이상 대립유전자 존재
→ 개체는 항상 2개만 보유
→ 예: MHC (면역 조절), 색 지각 유전자

표현형의 다인자 유전:
→ 여러 유전자 + 환경이 연속형 형질 결정
→ 예: 키·피부색·지능지수 → 정규 분포

염색체와 연관

염색체의 구조:
→ 상동 염색체 (Homologs): 같은 유전자 자리 보유 쌍
→ 성 염색체: X·Y / 상염색체: 나머지 44개 (인간)
→ 핵형 (Karyotype): 염색체 전체 세트

연관 (Linkage):
→ 같은 염색체에 있는 유전자들은 함께 유전
→ 독립의 법칙에서 벗어남
→ 연관군 (Linkage Group): 같은 염색체 유전자 집합

재조합 (Recombination):
→ 감수분열 교차(Crossing Over)로 연관 유전자 재조합
→ 재조합률 = 재조합 자손 수 / 전체 자손 수 × 100%
→ 1% 재조합 = 1 cM (센티모건)

연관 지도 (Genetic Map):
→ 재조합률로 유전자 간 거리 추정
→ 3점 교배로 유전자 순서 결정

염색체 이상:

수적 이상:
→ 이수성 (Aneuploidy): 염색체 수 비정상
  모노소미 (2n-1)·트리소미 (2n+1)
→ 다운증후군 (21번 트리소미): 47,XX+21 또는 47,XY+21
→ 클라인펠터 증후군 (47,XXY): 남성 성 염색체 이상
→ 터너 증후군 (45,X): 여성 성 염색체 이상

구조 이상:
→ 결실·중복·역위·전좌 (Translocation)
→ 필라델피아 염색체: 9번·22번 전좌 → 만성 골수성 백혈병

성 연관 유전

성 결정:
→ 인간: XY 성 결정 (X=1개: 수컷, XX: 암컷)
→ SRY 유전자: Y 염색체 → 정소 결정 인자
→ 다른 시스템: ZW (조류), XO (메뚜기)

X 연관 유전 (X-Linked):
→ X 염색체에 위치한 유전자
→ 남성: X^a Y → 반접합자 (표현형 직접 발현)
→ 여성: X^A X^a → 보인자 (이형접합, 표현형 없음)

X 연관 열성 질환:
→ 혈우병 (A·B형): 혈액 응고 인자 결핍
  어머니 보인자 × 정상 아버지
  → 아들 1/2 혈우병, 딸 1/2 보인자
→ 색맹 (적록 색맹): X 연관 열성
→ 뒤센형 근이영양증 (DMD): X^p21 영역 결실

X 연관 우성:
→ 드문 유형 (예: 비켈로우 증후군)
→ 이형접합 여성도 발현

Y 연관 (Holandric) 유전:
→ Y 염색체에만 있는 유전자
→ 아버지 → 모든 아들에게 전달
→ 예: SRY 유전자, 일부 웅성 불임 관련 유전자

바 소체 (Barr Body):
→ 여성 세포에서 비활성화된 X 염색체
→ X 불활성화 (Lyon 가설): 발생 초기 무작위 불활성화
→ 복잡한 표현형: 삼색 고양이 (X 연관 털 색)

Q. 불완전 우성과 공우성의 차이는 무엇인가요? A. 두 개념 모두 이형접합에서 두 대립유전자가 모두 영향을 미친다는 점은 같지만 방식이 다릅니다. 불완전 우성은 두 대립유전자의 효과가 혼합되어 중간 표현형이 나타납니다. 빨간 꽃 × 흰 꽃에서 분홍 꽃이 나오는 것처럼, 두 형질의 중간값이 발현됩니다. 공우성은 두 대립유전자가 각각 독립적으로 발현되어 두 형질이 동시에 나타납니다. ABO 혈액형 AB형처럼 A 항원과 B 항원이 모두 적혈구 표면에 발현되는 것이 공우성의 예입니다.

Q. X 연관 열성 질환이 남성에게 더 많이 나타나는 이유는 무엇인가요? A. 남성은 X 염색체가 하나밖에 없어서 X 연관 열성 대립유전자가 하나만 있어도 질환이 발현됩니다. 이를 반접합자(hemizygous)라 합니다. 반면 여성은 X 염색체가 두 개이므로, 열성 대립유전자 하나를 가지더라도 다른 X 염색체의 정상 대립유전자가 이를 보완하여 표현형이 나타나지 않습니다. 이런 여성을 보인자(carrier)라 합니다. 따라서 색맹·혈우병·뒤센형 근이영양증 같은 X 연관 열성 질환은 남성에게 훨씬 높은 빈도로 나타납니다.