초파리 침샘 염색체

초파리 3령 애벌레의 머리를 핀셋으로 당겨 침샘을 꺼내고, 아세트산 오르세인으로 염색해 눌러 폈다. 낮은 배율의 현미경으로도 굵은 끈 같은 염색체가 뚜렷이 보였고, 그 위에 진하고 옅은 줄무늬가 가로로 수없이 새겨져 있었다. 군데군데 부풀어 오른 곳도 있었다. 보통 세포의 염색체는 분열할 때만 겨우 보이는데, 이 염색체는 왜 이렇게 크고, 줄무늬와 부푼 곳은 무엇을 뜻할까?

3.5.1분열 없는 복제

보통 세포는 DNA를 한 번 복제하면 분열하여 두 세포로 나눈다. 그런데 초파리 애벌레의 침샘 세포는 분열하지 않고 DNA 복제만 열 번쯤 거듭한다. 복제된 염색 분체들은 갈라지지 않고 나란히 붙어 있어서, 1000개가 넘는 가닥이 한 묶음이 된 굵은 거대 염색체가 된다. 상동 염색체끼리도 서로 붙어 있어, 한 세포에서 염색체가 짝을 지은 채 보인다. 침샘은 애벌레가 번데기가 될 때 쓰는 끈끈한 단백질을 많이 만들어야 하므로, 같은 유전자를 여러 벌 가지는 것이 유리하다.

1024가닥이 같은 자리끼리 나란히 붙어 있으므로, 한 가닥에서는 보이지 않는 작은 차이가 1000배로 쌓여 띠 무늬로 보인다. 그래서 염색체의 일부가 빠지거나 뒤집힌 돌연변이가 있으면 띠의 순서가 바뀐 것을 현미경으로 직접 볼 수 있다. 퍼프는 발생 시기에 따라 나타났다 사라지므로, 어떤 유전자가 언제 켜지는지를 눈으로 보여 준다.¹

3.5.2표본을 잘 만들려면

침샘은 3령 애벌레가 번데기가 되기 직전, 병 벽을 기어오를 때 가장 크다. 식염수 속에서 머리를 당겨 투명한 침샘 한 쌍을 꺼내고, 주변의 지방체는 떼어 낸다. 염색한 뒤 덮개 유리를 덮고 엄지로 세게 눌러야 염색체가 퍼져 겹치지 않는다. 너무 세게 비비면 염색체가 끊어지므로, 거름종이를 덮고 수직으로 누른다. 중심 근처에서 다섯 개의 긴 팔이 뻗어 나간 모양이 보이면 잘 펴진 표본이다.

3.5.3예제 풀이

복제할 때마다 가닥이 두 배가 되므로 \(2^{10} = 1024\)가닥이다. 띠 하나에는 평균 \(1.4 \times 10^8/5000 = 2.8 \times 10^4\) 염기쌍, 곧 약 2만 8천 염기쌍이 들어 있다. 유전자 하나가 수천에서 수만 염기쌍이므로 띠 하나에 유전자가 한두 개쯤 있는 셈이다.

띠 열두 개가 빠졌다면 약 \(12 \times 2.8 \times 10^4 \approx 3.4 \times 10^5\) 염기쌍이 결실된 것이다. 그 초파리의 이상한 형질이 이 자리의 유전자들과 관련 있다고 추측할 수 있어, 유전자의 위치를 찾는 단서가 된다. 즉 거대 염색체는 DNA를 천 배로 겹쳐 키워, 보통은 보이지 않는 염색체의 구조와 유전자의 활동을 현미경으로 보게 해 준다.

아래 탐구 카드에서 초파리 침샘 염색체 표본을 만들어 띠와 퍼프를 관찰해 보자.

1. 1930년대 미국의 페인터는 침샘 염색체의 띠를 이용해 유전자의 위치를 실제 염색체 위에 처음 그려 냈다. 교배 실험으로 만든 유전자 지도의 순서가 띠의 순서와 맞는다는 것이 확인되어, 유전자가 염색체 위에 있다는 것이 눈으로 증명되었다.