오징어는 유전적으로도 독특하다.

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-05-05 12:38:51
  • -
  • +
  • 인쇄
3'50' 읽기
- 인간 DNA보다 더 많은 염기쌍, 문어의 게놈은 인간 게놈 길이의 90%에 달해
- 연안 오징어 Doryteuthis pealeii의 게놈은 우리보다 1.4배 더 크다.
- 오징어의 염색체에는 500개 이상의 유전자 블록이 존재
- 동물계에서 이런 형태로 유일무이한 것

오징어: 유전적으로도 독특하다.
두족류 게놈의 구조는 다른 모든 동물의 구조와 다르다.


독특하고 불가사의한 오징어:
오징어는 지능과 모방 기술로 인해 비범할 뿐만 아니라 게놈이 다른 모든 동물 그룹과도 상당히 다르다. 문어, 오징어 등의 게놈은 부분적으로 인간보다 크지만 완전히 다르게 분할되고 구조화됐다. 이 독특한 유전자 모자이크는 오징어의 특징 중 일부를 설명할 수 있다. 

▲ 이 하와이안 왜소오징어(Euprymna scolopes)는 현재 연구원들이 게놈을 분석한 3종의 오징어 중 하나다. © Tom Kleindinst/ 해양 생물 연구소

오징어는 무척추동물이지만 단순하지 않다. 반대로 두족류는 고도로 발달 된 포유류의 특성보다 열등하지 않은 많은 특성을 가지고 있다. 여기에는 큰 수정체 눈, 복잡한 신경계, 거의 완벽한 모방을 수행하는 능력, 학습 및 지능에 대한 뛰어난 능력이 포함된다. 이 영리한 바다 생물은 도구를 사용하고 셀 수도 있다.

인간 DNA보다 더 많은 염기쌍

어떻게 이 무척추동물 연체동물이 그렇게 높은 발달 수준에 도달하게 되었을까? 두 연구팀이 이제 문어, 팔이 열 개 달린 오징어, 칼마르(Kalmar 다른 오징어 whdfb)의 유전자 분석을 사용 이것을 조사했다. 분석 결과 이 ​​두족류는 비정상적으로 큰 게놈을 가지고 있음이 확인됐다.

오징어의 게놈은 홍합이나 달팽이와 같은 다른 연체동물의 보다 훨씬 더 많은 염기쌍을 포함하고 있다. 우즈홀(Woods Hole)에 있는 해양 생물 연구소의 캐롤린 앨버틴(Caroline Albertin)과 그녀의 팀 보고서에 따르면 모든 무척추동물의 게놈 중 단연코 가장 큰 게놈이다. 문어의 게놈은 인간 게놈 길이의 90%에 달하며 연안 오징어 Doryteuthis pealeii의 게놈은 우리보다 1.4배 더 크다.
▲ 팔이 10개인 왜소한 오징어, 오징어, 오징어 외에도 오징어는 여기에 표시된 캘리포니아 문어(Octopus bimaculoides)와 같은 팔이 8개인 문어도 포함된다. © Tom Kleindinst / 해양 생물 연구소

다른 모든 동물과 다른 유전자 분포

더 놀라운 것은 오징어의 게놈 구조다. 사실, 모든 생명체의 게놈은 매우 유사한 방식으로 염색체로 나뉜다. synteny라고 하는 이 기본 구조는 6억 년 동안 진화한 모든 동물을 연결한다. 그러나 두족류는 이 포괄적인 질서를 피한다. 연구자들은 유전자가 다른 모든 동물 그룹과 완전히 다른 방식으로 염색체에 배열되고 분포돼 있음을 발견했다.

"원래 유전자가 믹서기에서 퓨어링된 것처럼 게놈의 엄청난 구조 조정이 있다"고 공저자인 시카고 대학의 Clifton Ragsdale이 설명했다. 그 결과 오징어의 염색체에는 500개 이상의 유전자 블록이 존재하는데, 이는 동물계에서 이런 형태로 유일무이한 것이다.

구조 조정을 통한 진화?

흥미로운 점은 이러한 유전자 블록(소위 미세합성섬유증)에는 새로운 유전자가 거의 포함돼 있지 않은 새로운 유전자 조합이 포함되어 있다는 것이다. 단백질 코딩 유전자와 제어 요소 모두 재조립되었다. "이것은 유전자가 새로운 이웃을 얻고 새로운 조절 요소의 영향을 받는 흥미로운 상황으로 이어진다"고 Albertin은 설명했다.

이와같이, 이 재구성은 오징어의 조상에게 동물의 고유한 특성을 많이 만들어 낸 진화적 향상을 주었을 수 있다. Albertin과 그녀의 동료들은 신경계에서 주로 활동하는 유전자군에서 이에 대한 증거를 발견했다. 두족류는 유전자 재배열 과정에서 복제함으로써 이러한 프로토카데린을 증가시켰다.

"이것은 두족류와 척추동물이 이러한 프로토카데린을 독립적으로 복제했다는 것을 의미한다"며 "이것은 두 그룹의 동물에서 크고 복잡한 신경계의 병렬 발달을 촉진했을 수 있는 풍부한 분자 환경을 초래했다"고 알버틴은 설명한다.
▲ a. Euprymna scolopes 새끼의 사진. b 중수체 및 기타 원형체에서 주요 두족류 계통의 분기 시간이 있는 도식적 나무53,54. c Circos 플롯은 다른 후생동물에서 보존된 syntenies의 손실과 두족류 내에서 많은 수의 새로운 두족류 특유의 microsyntenies의 출현을 보여준다. 각 선은 서로 다른 종 간에 공유되는 합성 클러스터를 나타낸다. 주황색 선은 이 24종 중 적어도 7종(조상, 후생동물 군집)이 공유하는 합성 군집. 녹색 선은 5개 이상의 연체동물 사이에 공유되지만 비연체동물 종에는 존재하지 않는 새로운 연체동물 합성을 나타낸다. 파란색 선은 세 가지 두족류 종 모두(진한 파란색) 또는 세 가지 두족류 종 중 두 가지(밝은 파란색) 간에 공유되지만 두족류가 아닌 종에는 존재하지 않는 두족류 고유의 합성을 나타낸다. 회색 선은 이전 범주에 속하지 않는 다른 synteny를 나타낸다. 약어: Aca - Acanthaster planci, Aqu - Amphimedon queenslandica, Bfl - Branchiostoma floridae,Cel - Caenorhabditis elegans, Cgi - Crassostrea gigas, Cmi - Callistoctopus minor, Cte - Capitella teleta, Dme - Drosophila melanogaster, Esc - Esc - Esc gigantea, Mle - Mnemiopsis leidyi, Mye - Mizuhopecten yessoensis, Nve - Nematostella vectensis, Obi - Octopus bimaculoides, Sko - Saccoglossus kowalevskii d E. celopods 유전자의 밀도 분포를 보여주는 전체 염색체 규모 지지체(오른쪽)의 예 -특정(파란색) 및 보존된 후생동물(주황색) syntenies. 두 개의 특정 합성 블록 내의 유전자 위치가 있는 삽입(왼쪽). (출처: 관련논문 Emergence of novel cephalopod gene regulation and expression through large-scale genome reorganization)

mRNA 편집은 단백질 생산을 보다 유연하게 만들었다.

오징어 게놈에는 또 다른 독특한 특징이 있다. "오징어의 놀라운 특징은 아데노신 염기를 이노신으로 전환시키는 효소에 의해 메신저 RNA를 집중적으로 편집한다는 것이다"고 연구자들은 보고했다. 과학자들은 게놈의 500,000개 이상의 코드 세그먼트에서 유전 코드의 이러한 변화를 확인했다. 이러한 mRNA 편집은 척추동물에서도 발생하지만, 몇 배나 더 희귀하다.

하이라이트:
DNA에서 이미 읽은 mRNA 구성 매뉴얼의 이 후속 수정은 유전자 코드에서 생산될 수 있는 다른 단백질로 이어질 수 있다. 예를 들어 동일한 기본 게놈에도 불구하고 특정 조직이나 세포에서 약간 변형된 단백질을 생성함으로써 단백질 형성의 기능적 가능성을 확장한다. 실제로 Albertin과 그녀의 동료들이 발견한 것처럼 이 mRNA 편집은 오징어의 신경 조직에서 특히 풍부했다.
▲ 배열된 오징어 중 세 번째는 오징어 Doryteuthis pealeii다. © Elaine Bearer

열린 질문이 많다
"이번 발견은 이제 그러한 RNA 편집의 효과에 대한 몇 가지 질문에 대한 출발점을 제공한다"고 Albertin은 말했다. 이 메커니즘은 오징어의 복잡한 눈과 신경계의 진화를 촉진할 수 있었지만 새로운 환경 조건에 비교적 빠르게 적응하는 데 도움이 될 수도 있다.

"우리의 연구를 통해 두족류의 생물학을 이해하려면 먼저 이 동물의 유전적 구성 요소를 이해해야 한다는 것이 분명해졌다. 이러한 구성요소는 우리가 다른 동물에서 알고 있는 것과 여러 측면에서 근본적으로 다른 것 같다”고 비엔나 대학의 Hannah Schmidbaur는 말했다.
(nature communications, 2022; doi: 10.1038/s41467-022-29748-w; doi: 10.1038/s41467-022-29694-7)
출처: Marine Biological Laboratory, Universität Wien / 비엔나 대학교 해양 생물 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]

  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
뉴스댓글 >

주요기사

+

많이 본 기사

Basic Science

+

Technology

+

Photos

+