크레의 성별은 엄마가 정한다? 현미경으로도 안 보이는 성염색체를 찾아낸 논문
사람은 성염색체가 XX(여성)냐 XY(남성)냐로 성별이 갈려요. 그런데 크레(크레스티드 게코, 학명 Correlophus ciliatus)도 똑같은 방식일까요? 미국 미네소타대 연구팀(Gamble, Coryell, Ezaz, Lynch, Scantlebury, Zarkower)이 게코 12종의 DNA를 대량으로 비교해서 성별을 가르는 유전자 표지를 찾아낸 논문에 그 답이 있어요. 학술지 Molecular Biology and Evolution에 2015년 실렸고, 이 논문에서 크레도 다뤄졌어요.
파충류 성별 결정은 사람과 다르다
전문적으로 설명하면, 동물의 성별 결정 방식은 크게 세 가지예요. 첫째는 우리에게 익숙한 XY 방식(웅성이형배우자, male heterogamety)으로, 수컷이 서로 다른 두 성염색체(X와 Y)를 갖고 암컷은 같은 염색체(X와 X)를 갖는 방식이에요. 둘째는 그 반대인 ZW 방식(자성이형배우자, female heterogamety)으로, 새와 나비 등에서 흔한데 이번엔 암컷이 서로 다른 두 염색체(Z와 W)를, 수컷이 같은 염색체(Z와 Z)를 가져요. 셋째는 아예 염색체가 아니라 알이 부화할 때의 온도로 성별이 정해지는 온도의존성 성결정(TSD, temperature-dependent sex determination)이에요. 쉽게 말하면, XY는 “아빠가 자식의 성별을 결정”하고 ZW는 “엄마가 자식의 성별을 결정”하며, TSD는 “부화 환경이 성별을 결정”하는 방식이라고 보면 돼요.
문제는 파충류 중 상당수가 이 셋 중 무엇에 해당하는지조차 모른다는 거예요. 이유는 간단한데, 사람의 Y염색체처럼 크기나 모양이 확 다르면 현미경으로 금방 알아볼 수 있지만(이형, heteromorphic), 많은 파충류는 성염색체 두 개가 크기와 모양이 거의 똑같아서(동형, homomorphic) 현미경으로 봐도 구분이 안 돼요. 그래서 이 논문은 현미경 대신 DNA 자체를 비교하는 방법을 썼어요.
RAD-seq: 현미경 대신 DNA로 성별 표지를 찾는 기술
전문적으로 설명하면, 이 연구는 RAD-seq(Restriction site-Associated DNA sequencing, 제한효소절단부위연관 DNA 시퀀싱)이라는 기법을 썼어요. 특정 제한효소로 게놈 DNA를 일정한 자리마다 잘라서, 그 주변 서열만 대량으로 읽어내는 방식이에요. 쉽게 말하면, 게놈 전체를 다 읽는 대신 정해진 위치들만 콕콕 찍어서 저렴하고 빠르게 비교하는 방법이에요.
연구팀은 종별로 수컷 여러 마리, 암컷 여러 마리의 DNA를 각각 모아서 RAD-seq으로 읽은 다음, “한쪽 성별에서만 나타나고 반대쪽 성별에는 전혀 없는” DNA 조각을 컴퓨터로 찾아냈어요. 이런 조각이 수컷에서만 나오면 그 종은 XY 시스템(그 조각이 Y염색체에 있다는 뜻), 암컷에서만 나오면 ZW 시스템(그 조각이 W염색체에 있다는 뜻)이라고 추정할 수 있어요. 이렇게 컴퓨터로 찾아낸 후보 표지는 실제로 PCR(중합효소연쇄반응)이라는 실험으로 한 번 더 검증했어요. 크레는 수컷 6마리, 암컷 7마리의 DNA로 분석했고, 이 중 4개의 표지가 PCR 검증까지 통과했어요.
크레는 ZW, 그것도 현미경으로 안 보이는 ZW였다
결과부터 말하면, 크레는 ZW 시스템(암컷이 이형 성염색체를 가짐)이었어요. 컴퓨터 분석에서는 크레 암컷에서만 나타나는 DNA 표지가 57개 발견됐고 수컷에서만 나타나는 표지는 하나도 없었는데(수컷 쪽 표지가 하나도 없다는 것 자체가 ZW 시스템의 특징이에요), 이 중 22개를 PCR로 시도해서 4개가 실제로 검증됐어요. 흥미로운 점은 이 성염색체가 현미경으로는 구분되지 않는 동형(homomorphic) 염색체라는 거예요. 즉 크레의 세포를 현미경으로 들여다봐도 “이게 Z고 저게 W다”라고 눈으로 가려낼 수 없다는 뜻이에요. 이 결과는 2011년 체코 연구팀(Pokorná et al.)의 핵형(karyotype) 연구 결과와도 일치했어요.
아래 그림은 이번 연구에서 분석한 게코 12종의 계통수와, 각 종을 대표하는 개체 사진, 그리고 성별 특이 DNA 표지를 PCR로 증폭한 젤 사진을 함께 보여줘요. 크레(Correlophus ciliatus) 줄을 보면 계통수에 주황색(ZZ/ZW를 뜻함) 원으로 표시돼 있고, 오른쪽 “CC9771″이라고 적힌 젤 사진에서 수컷 칸은 밴드가 거의 안 보이는데 암컷 칸에는 뚜렷한 밴드가 여러 개 보여요. 이게 바로 “암컷에서만 검출되는 DNA 조각”을 실험으로 눈에 보이게 확인한 장면이에요.
전체 12종의 결과를 정리하면 아래와 같아요.
| 종 | 분석 개체수(수/암) | 성 결정 시스템 | PCR 검증된 표지 수 | 이전 핵형 연구 |
|---|---|---|---|---|
| 크레(Correlophus ciliatus) | 6 / 7 | ZW | 4 | 동형(구분 안 됨), Pokorná et al. 2011 |
| Lialis burtonis | 5 / 3 | XY | 1 | 이형, Gorman and Gress 1970 |
| Aristelliger expectatus | 7 / 7 | ZW | 2 | 첫 보고 |
| Sphaerodactylus nicholsi | 7 / 7 | XY | 1 | 첫 보고 |
| Sphaerodactylus macrolepis | 7 / 9 | XY | 2 | 첫 보고 |
| Thecadactylus rapicauda | 9 / 5 | ZW | 3 | 이형, Schmid et al. 2014 |
| Gehyra mutilata | 7 / 7 | ZW | 3 | 첫 보고 |
| Hemidactylus mabouia | 6 / 6 | XY | 1 | 동형, McBee et al. 1987 |
| Hemidactylus turcicus | 7 / 7 | XY | 4 | 동형, Branch 1980 등 |
| Hemidactylus frenatus | 9 / 7 | ZW | 1 | 동형, King 1978 등 |
| Heteronotia binoei | 5 / 7 | ZW | 1 | 이형, Moritz 1984 |
| Christinus marmoratus | 6 / 6 | ZW | 2 | 이형, King and Rofe 1976 |
레오파드게코(Eublepharis macularius, 표에는 없지만 같은 계통수의 근연종으로 함께 분석됨)를 포함한 게코 12종 중 8종은 이 논문에서 처음으로 성 결정 시스템이 밝혀졌어요.
게코는 성별 결정 방식을 유난히 자주 바꿔온 그룹이었다
이 논문의 더 큰 발견은 계통수 전체를 놓고 봤을 때 드러나요. 연구팀이 확률 모델로 계산해보니, 게코 조상은 원래 TSD(온도의존성 성결정)였다가 이후 여러 갈래에서 독립적으로 XY 또는 ZW 염색체가 새로 생겨난 것으로 추정됐어요. 그것도 한두 번이 아니라 게코 그룹 안에서만 17-25회나 전환이 일어났다고 추정돼요. 이는 도마뱀·뱀을 통틀어 확인된 전체 전환 횟수의 절반에서 3분의 2에 해당하는 수치인데, 게코는 전체 도마뱀·뱀 종수의 16% 정도밖에 안 되는 걸 감안하면 압도적으로 잦은 빈도예요.
심지어 아주 가까운 근연종끼리도 시스템이 다른 경우가 있었어요. 예를 들어 Hemidactylus 속에서 H. turcicus와 H. mabouia는 XY인데 H. frenatus는 ZW였고, Sphaerodactylus 속 2종은 XY인데 근연속 Aristelliger는 ZW였어요. 연구팀은 이걸 “성염색체가 생긴 지 얼마 안 됐을 때는(즉 아직 심하게 퇴화하지 않았을 때는) 다른 시스템으로 전환될 여지가 남아있다”는 가설로 설명해요. 반대로 포유류나 조류처럼 아주 오래 전에 성염색체가 고정된 그룹은 이런 전환이 거의 일어나지 않고요. 크레를 포함한 게코들이 유난히 늦게까지(다른 파충류보다 오래) TSD 상태로 남아있다가 뒤늦게 성염색체가 진화한 게, 지금 이렇게 다양한 시스템이 뒤섞여 있는 이유라는 거예요.
크레 사육자에게 주는 시사점
첫째, 크레는 유전적으로 “엄마가 자식의 성별을 결정하는” ZW 시스템이에요. 사람이나 개·고양이 같은 포유류(아빠가 성별을 결정하는 XY)와는 정반대라는 걸 알아두면 재미있는 상식이 될 것 같아요.
둘째, 그렇다고 병원에서 사람 태아 성감별하듯 크레 알이나 새끼를 검사해서 성별을 미리 알아낼 방법은 (적어도 현재로선) 없어요. 이 논문에서 확인된 성염색체가 동형(현미경으로도 구분 불가)이라, 일반적인 세포유전학 검사로는 애초에 시도조차 할 수 없어요. 이 논문이 PCR로 검증한 DNA 표지 4종은 어디까지나 연구용 도구이지, 상업적으로 활용 가능한 성감별 키트가 아니에요. 그러니 크레 사육자들이 흔히 쓰는 방법, 즉 개체가 충분히 자란 뒤(보통 15-20g 이상) 총배설강 주변 대퇴공(femoral pore)이나 반음경 돌출부(hemipenal bulge) 같은 신체적 특징을 육안으로 확인하는 방식이 여전히 현실적인 유일한 방법이에요.
셋째, 이 논문은 어디까지나 학술 연구지만, 향후 파충류용 유전자 기반 성감별 키트가 나온다면 이런 RAD-seq 기반 표지 발굴 연구들이 그 기초가 될 거예요. 크레의 경우 이미 검증된 유전자 표지가 존재한다는 사실 자체가, 언젠가 어린 개체도 비침습적으로 성별을 확인할 수 있는 길이 완전히 막혀있지는 않다는 걸 보여줘요.
이 글은 아래 원 논문을 직접 읽고 참고문헌까지 확인해서 정리했어요.
출처: Gamble T, Coryell J, Ezaz T, Lynch J, Scantlebury DP, Zarkower D. “Restriction Site-Associated DNA Sequencing (RAD-seq) Reveals an Extraordinary Number of Transitions among Gecko Sex-Determining Systems.” Molecular Biology and Evolution, 2015;32(5):1296-1309. https://doi.org/10.1093/molbev/msv023
본문의 그림(Fig. 2)은 위 논문에서 그대로 가져왔어요. 첫 사진은 crestedgecko-04-face-macro.webp by Michael McConville, CC BY 4.0 (첫 글에서 사용한 사진을 다시 썼습니다).
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