12.17: 비핵 유전

대부분의 DNA는 세포의 핵에 있습니다. 한편, 엽록체(chloroplast)나 미토콘드리아와 같은 세포질 속의 몇몇 세포기관(organelle)도 자신의 DNA를 가지고 있습니다. 이 세포기관은 핵 DNA와는 독립적으로 자신의 DNA를 복제합니다. 비핵 유전(non-nuclear inheritance)은 핵이 아닌 다른 구조에서 유전자가 유전되는 것을 말합니다.

미토콘드리아는 식물과 동물 세포에 모두 존재합니다. 미토콘드리아는 포도당을 분해하여 세포 활동을 촉진하는 에너지를 형성하기 때문에 진핵 세포의 발전소로 여겨집니다. 미토콘드리아 DNA는 약 37개의 유전자로 구성되어 있으며, 그중 많은 유전자들은 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)라고 불리는 과정에 기여합니다.

엽록체는 식물과 조류(algae)에서 발견되며 광합성이 일어나는 장소입니다. 광합성은 엽록체가 햇빛으로부터 포도당을 생성하도록 합니다. 엽록체 DNA는 광합성에 관여하는 약 100개의 유전자로 구성되어 있습니다.

핵에 있는 염색체 DNA와 달리, 엽록체와 미토콘드리아 DNA는 유기체의 유전 물질의 절반이 각 부모에게서 온다는 멘델의 가정을 따르지 않습니다. 이는 일반적으로 정자 세포가 수정 중에 미토콘드리아 DNA나 엽록체 DNA를 접합자(zygote)에 기여하지 않기 때문입니다.

정자는 주로 반수체(haploid) 핵 염색체 집합만 접합자에 기여하는 반면, 난자는 핵 염색체 외에도 세포기관을 기여합니다. 접합자(그리고 식물 세포의 엽록체)는 일반적으로 난자에서만 미토콘드리아와 엽록체를 받습니다. 이를 모계유전(maternal inheritance)이라고 부르며, 모계유전은 비핵, 즉 외핵 유전의 한 종류입니다.

왜 미토콘드리아와 엽록체는 그들만의 DNA를 가지고 있을까요? 일반적인 설명은 세포내 공생설(endosymbiotic theory)입니다. 세포내 공생설은 미토콘드리아와 엽록체가 한때 독립적인 원핵생물(prokaryote)이었다고 말합니다. 세포내 공생설은 또한 해당 원핵생물이 어느 시점에 숙주 진핵세포에 유입됐고 양쪽 모두에게 이익이 되는 공생 관계에 들어갔다고 간주합니다.

[내레이터] 진핵 생물 세포내에서,엽록체가 있는 식물 세포 소기관의 범주인 미토콘드리아 및 플라스티드는세포질에서 독립적으로 재생산되며그들의 생식과 기능을 지시하는 각각의 고유 유전자 세트를 가지고 있습니다.미토콘드리아 및 플라스티드 DNA는 작은 원형 DNA 분자의 형태를 취하며비핵 또는 세포질(cytoplasmic) DNA로 취급됩니다.일반적으로 핵은 각 염색체의 복제본이 두 개만 있지만,이와는 달리 각 소기관은 DNA의 동일한 복제본을 많이 가지고 있습니다.또한, 세포 분열 동안, 소기관은 무작위로 새로운 딸(daughter) 세포로 분리되므로,전달된 비핵 DNA는 어떤 정해진 패턴을 따르지 않습니다.동물과 대부분의 식물에서 번식하는 동안접합체에 있는 세포질은 난자에서 나옵니다.따라서 두 부모 모두 핵 DNA에 똑같이 기여하는 반면,비핵 DNA는 어머니에게서만 물려받습니다.이는 미토콘드리아의 돌연변이로 생긴 대사 장애와 같은특정 특성이 모계 쪽에서 추적될 수 있음을 의미합니다.또한, 잎 색깔같은 식물 특성중 물리적인 것은비핵 유전자가 관할하고, 처녀생식으로(uniparentally) 전달됩니다.