[사이언스 데일리] 과학자들이 새의 미토콘드리아 유전체에서 지난 50 년 이내에 일어난 돌연변이 두 개를 찾아내 널리 받아들여지는 미토콘드리아 유전체의 변화율인 1백만 년에 2 퍼센트보다 더 빠르게 진화하고 있다는 것을 보였다.

닭에 대한 새로운 연구에서 널리 받아들여지는 가정인 긴 시간을 통해서만 진화를 관찰할 수 있을 것이라는 생각이 뒤집혔다.

(2015년 10월 27일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 옥스포드 대학

1957년에 시작된 개체군 내의 선택교배를 통해 열 배 이상 크기 차이가 나는 닭들이 만들어졌다. Credit: Virginia Tech/ John McCormick

닭에 대한 새로운 연구에서 널리 받아들여지는 가정인 긴 시간을 통해서만 진화를 관찰할 수 있을 것이라는 생각이 뒤집혔다. 옥스포드 대학 고고학 연구실의 그리거 라슨 교수가 이끄는 과학자들은 오랜 기간 유지된 품종에 속하는 닭들을 연구하여 새의 미토콘드리아 유전체에서 지난 50 년 이내에 일어난 돌연변이 두 개를 찾아냈다. 오랫동안 과학자들은 미토콘드리아 유전체의 변화율을 1백만 년에 2 퍼센트보다 더 빠르지 않다고 생각해왔다. 이러한 돌연변이를 찾아낸 것은 이 품종에서는 진화의 속도가 15배 빠르다는 것을 의미한다.거기에 더해 해당 품종의 유전염기서열을 분석하여 연구팀은 미토콘드리아 DNA 가 부계로 전해져 내려온 경우도 하나 찾아냈다.

이 발견은 ‘부계 누설’ 이라고 불리는 현상이 이전에 생각했던 것만큼 드문 현상이 아니라는 것을 보여주기 때문에 놀라운 것이다. 이번 연구는 ‘바이올로지 레터 (Biology Letters)’ 의 온라인 조기편집판에 출판되었다.

화이트플리머스락 품종에 속하는 닭의 개체군 하나는 버지니아 공대 교수 폴 시겔이 개발하여 50 년 간 족보가 잘 기록된 종류로, 연구자들은 이 개체군 내에서 미토콘드리아 DNA 가 어떻게 어미에게 딸로 전달되는지를 재구성 했다. 이들은 동일한 세대의 모계로 가장 먼 관계의 닭 12 마리 혈액 샘플에서 추출한 DNA 를 분석했다. 이 집단의 최초 개체들은 7 개의 일부 내부교배된 계통으로 시작되었다. 1957년부터 개체군 내에서 선택교배가 이루어졌고 지금은 56일 된 개체들의 몸무게를 쟀을 때 열 배 이상 크기가 차이나는 두 그룹이 만들어졌다.

선임저자인 라슨 교수의 말이다. “이번 관찰을 통해서 진화는 항상 빠르게 이루어지고 있지만 우리가 보통 긴 기간에 걸친 측정만을 하고 있기 때문에 이런 빠른 진화를 보지 못하는 경향이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이번 연구는 화석에 기반해 추정한 값들보다 훨씬 더 짧은 기간 안에 빠른 속도로 진화가 이루어질 수 있다는 것을 보였습니다. 이전에는 미토콘드리아 유전체의 변화 속도가 1백만 년 동안 2 퍼센트 정도라고 추정했습니다. 만일 이것이 맞는 속도라면 50년 안에 하나의 돌연변이조차 발견하지 못해야 하지만 우리는 두 개의 돌연변이를 발견했습니다.

논문에서는 미토콘드리아 변화에 대한 장기 추정치와 단기 추정치 사이에 큰 불일치가 있다는 상당한 증거가 있다고 밝히고 있다. 최근 연구들에서 제시된 한 이론에서는 미토콘드리아 DNA 가 ‘비중립적으로’ 진화하고 있다고 주장한다. 즉, 정제하는 형태의 선택 과정이 있으며 불리한 변이는 더 빠르게 제거되어 단기적으로 진화 속도가 빨라지게 보이게 된다고 본다. 단기적인 미토콘드리아 진화의 변이율과 부계 누설에 대해서는 연구가 거의 없었다. 미토콘드리아가 항상 모계로 유전되지는 않는다는 직접적인 증거를 가지게 되었다.

이번 연구의 주저자인 뉴욕대학의 미셸 알렉산더 박사의 말이다. “미토콘드리아에 대해 모두가 알고있는 거라면 미토콘드리아가 거의 대부분의 경우에 모계로만 유전된다는 것입니다만 우리는 아비로부터 미토콘드리아를 물려받은 병아리들을 확인했습니다. ‘부계 누설’ 이라고 불리는 현상이 조류에서도 일어날 수 있다는 뜻입니다. 이 두 가지 발견 모두 짧은 기간 동안을 관찰했을 때 진화의 속도, 그리고 동적인 모습이 어떤지를 보여주는 것입니다.”

참고문헌

Michelle Alexander, Simon Y. W. Ho, Martyna Molak, Ross Barnett, Örjan Carlborg, Ben Dorshorst, Christa Honaker, Francois Besnier, Per Wahlberg, Keith Dobney, Paul Siegel, Leif Andersson, Greger Larson. Mitogenomic analysis of a 50-generation chicken pedigree reveals a rapid rate of mitochondrial evolution and evidence for paternal mtDNA inheritance. Biology Letters, October 2015 DOI: 10.1098/rsbl.2015.0561

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태그:닭, 미토콘드리아 DNA, 진화의 속도