12.8: 가계도 분석
개요
가계도(pedigree)는 가족 내 형질(trait)의 역사를 보여주는 그림입니다. 가계도를 분석하면 (1) 형질이 현성(dominant) 또는 잠성(recessive)인지, (2) 형질이 어떤 염색체, 즉 상염색체(autosomal chromosome; 모든 상염색체를, 즉 성염색체를 제외한 모든 염색체를 뜻하는 말로 autosome이라고도 함) 또는 성염색체(sex chromosome)에 연관되어 있는지, (3) 가족 구성원의 유전자형(genotype), (4) 미래 세대에서 가능한 표현형(phenotype)을 밝힐 수 있습니다 (주: 우성(dominant) 또는 열성(recessive)이라고 표현할 수 있지만 우성/열성은 현성/잠성으로 개선해야 할 표현입니다). 상염색체 연관 질환이나 성염색체 연관 질환 이력이 있는 가족에게 이 정보는 가족계획에 매우 중요할 수 있습니다.
가계도는 가족의 역사를 보여줍니다
다양한 식물과 동물 종에서, 과학자들은 교배(cross)라고 불리는 통제된 짝짓기 실험을 사용하여 표현형(즉 형질)의 유전을 연구합니다. 예를 들어, 단성잡종 교배(monohybrid cross)는 형질의 현성 또는 잠성을 확립할 수 있고, 검정교배(test cross)를 통해 알려진 현성 표현형을 보이는 유기체의 유전자형(동형접합적(homozygous) 또는 이형접합적(heterozygous))을 알아볼 수 있습니다.
그러나 인간은 윤리적으로 교배할 수 없습니다. 따라서 연구자는 인간의 형질과 질환이 어떻게 유전되는지를 이해하기 위해 가계도를 분석합니다. 가계도는 세대 및 가족 구성원 전체에 걸친 형질의 가족 내 역사를 보여줍니다. 교배에 적용되는 것과 동일한 원리를 이용하여 이미 발생한 재생산 사건을 분석하고 형질의 유전가능성(heritability)에 대한 정보를 추론할 수 있습니다.
가족의 세대를 대표하는 가계도의 행
일반적인 가계도에서 정사각형은 남성을 나타내고 원은 여성을 나타냅니다. 음영 정사각형 또는 음영 원은 관심있는 형질이 있음을 나타냅니다. 행(가로 줄)은 세대를 나타내며, 때로는 로마 숫자로 이름이 붙여지기도 합니다. 가장 오래된 세대는 맨 윗 행을 구성하고, 각 후속 세대는 별도의 행에 있습니다. 각 세대 또는 행 내에서 가족 구성원은 왼쪽에서 오른쪽으로 숫자를 붙일 수 있으며, 이를 이용해 해당 세대 및 위치를 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 첫 번째 세대의 두 번째 구성원은 I-2입니다.
꼭 결혼이 연관된 것은 아니지만, 두 부모를 연결하는 수평선을 결혼선(marriage line)이라고 부릅니다. 결혼선 아래로 연장된 수직선은 수평인 형제자매선(sibling line)에 연결됩니다. 형제자매선을 통해 가계도에 연결된 사람은 자손(offspring)입니다. 형제자매선에 직접 연결되지 않은 구성원은 결혼선을 통해 그 집안에 들어갔으며, 이전 세대의 생물학적 자손이 아닙니다.
가계도는 형질 및 질환 유전에 대한 정보를 보여줍니다
현성 형질은 잠성 형질과 다르게 분포됩니다. 유전은 또한 상염색체 연관 형질과 비교하여 성염색체에 있는 유전자에 의해 결정되는 형질도 다릅니다. 가계도 분석(pedigree analysis)은 가족의 이력 전체에 걸친 형질의 존재와 부재를 조사함으로써 형질 유전에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 많은 질병이 여러 유전자에 의해 영향을 받지만, 일부 질환은 멘델 유전형식(Mendelian inheritance pattern)을 보여줍니다. 가계도는 이러한 질환에 한해 질환의 유전과 전파(propagation)의 위험에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있습니다.
상염색체 잠성(autosomal recessive) 형질은 상염색체상의 유전자에 의해 발생하고, 표현형에 영향을 주기 위해 두 개의 대립유전자(allele) 사본이 필요합니다. 낭포성 섬유증(cystic fibrosis), 테이-삭스병(Tay-Sachs disease), 단풍당밀뇨증(maple syrup urine disease)등을 포함한 여러 가지 질환은 상염색체 잠성입니다. 이러한 질환을 가진 대부분의 사람은 질환은 없지만 원인 대립유전자(causal allele)를 보유한 이형접합적 부모를 가지고 있습니다.
보인자(carrier; 즉 원인이 되는 잠성 대립유전자 하나를 가졌지만 질환이 생길 위험은 없는 사람)는 자기도 모르게 아이들에게 병을 옮길 수 있는데, 이것이 왜 상염색체 잠성 질환이 현성 질환보다 더 흔한지를 부분적으로 설명해 줍니다. 가계도에서 세대를 비교하는 것은 상염색체 형질이 현성인지 아니면 잠성인지를 드러낼 수 있습니다. 부모 중 어느 쪽도 형질이 없지만 한 아이가 물려받은 경우는 잠성일 것입니다.
상염색체 현성(autosomal dominant) 형질은 표현형에 영향을 주기 위해 대립유전자 사본이 한 개만 필요하고, 대표적으로 주근깨와 다지증(polydactylism)이 있습니다. 헌팅턴병(Huntington's disease)과 같은 상염색체 현성 질환은 한 명의 부모에게 영향을 받은 자손 50%를 괴롭힙니다. 이러한 질환 중 다수는 생식연령(reproductive age) 이후에나 증상을 유발합니다. 아이들은 자신이 영향을 받은 지 모르는 부모로부터 이러한 질환을 물려받을 수 있기 때문에 가족력 분석이 중요합니다. 두 부모 모두 형질을 나타내지만, 그들의 자녀 중 한 명은 그렇지 않으면 이 형질은 현성일 것입니다 (잠성적인 두 부모 사이에선 지속해서 잠성적인 표현형만 만들어 내기 때문에).
형질은 상염색체나 성염색체에 연관될 수 있습니다
44개의 상염색체 외에도, 인간에게는 두 개의 성염색체가 있는데, 이것은 여성에게는 상동적(homologous)이지만 남성에게는 비상동적(non-homologous)입니다. 성염색체에 의해 결정되는 형질은 성별과 관련이 있습니다. 인간의 대부분의 성 관련 형질은 X-연관 잠성입니다. 여성에게는 Y 염색체가 없기 때문에 남성만이 Y 염색체를 물려받을 수 있습니다. X 염색체는 Y 염색체의 70에서 80개의 단백질 암호화 유전자보다 많은 800개에서 900개의 단백질 암호화 유전자를 가지고 있습니다.
X-연관 형질로는 혈우병(hemophilia), 근육위축병(muscular dystrophy), 적녹색맹증(red-green color blindness) 등이 있습니다. 남성들은 오직 하나의 X 염색체를 가지고 있기 때문에, 그들은 X와 연관된 특징에 대해 상동성 비상동성 보다는 반접합성(hemizygous)을 띱니다. 남성들은 잠재적으로 원인 잠성 대립유전자(causal recessive allele)를 숨길 수 있는 두 번째 대립유전자가 없기 때문에 여성들보다 잠성 X-연관 형질에 더 취약합니다.
