지구 최대 동물의 유전체 해독: 폐어 연구로 육지로의 진화를 밝히다

Seoul생물학자 악셀 마이어와 생화학자 만프레드 샤르틀을 포함한 과학자팀은 폐어의 유전체를 분석하여 동물 중 가장 큰 유전체를 발견했습니다. 폐어의 유전체는 인간 유전체보다 30배 더 큰데, 이는 초기 어류가 어떻게 육지에서 살게 되었는지를 이해하는 데 도움을 줍니다. 이 연구는 육상 척추동물의 초기 단계에 대한 중요한 정보를 제공합니다.

그들의 발견에서 주요한 점들은 다음과 같습니다:

• 남아메리카 폐어의 유전체는 900억 개 이상의 염기쌍으로 이루어져 있습니다.
• 이 유전체는 이전 기록 보유자인 호주 폐어의 유전체보다 두 배 이상 큽니다.
• 트랜스포존이 복제되고 유전체 내 위치를 변경하면서 이러한 성장이 이루어졌습니다.
• 폐어 유전체는 크기에도 불구하고 예상보다 안정적으로 유지됩니다.
• 유전적 분석을 통해 초기 척추동물이 육지로 이동할 수 있게 한 진화적 적응이 나타났습니다.

폐어는 고대 조상들의 특징을 가지고 있어 매혹적입니다. 호주 폐어는 다리처럼 생긴 지느러미를 가지고 있어 초기 동물들이 육지에서 이동하는 데 도움을 주었습니다. 이에 비해 아프리카와 남아메리카 폐어는 가늘고 끈 같은 지느러미를 가지고 있습니다.

연구에 따르면 주로 전이 인자가 유전체의 성장에 책임이 있다고 합니다. 예를 들어 남미 폐어의 유전체는 매 1000만 년마다 인간 유전체의 크기만큼 증가합니다. 이러한 빠른 성장은 주로 전이 인자의 활성을 조절하는 piRNA 수준이 낮기 때문입니다.

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연구 결과에 따르면 전이 요소의 활동과 유전적 불안정성 사이에 직접적인 연관성이 없으며, 이는 예상치 못한 결과입니다. 이 안정적인 유전체 덕분에 과학자들은 초기 네발동물 조상의 염색체 구조를 재구성할 수 있었습니다. 다양한 폐어 종의 유전체를 비교함으로써, 이 연구는 최초의 척추동물이 육상 생활에 어떻게 적응했는지를 이해하는 데 도움을 줍니다.

연구팀은 CRISPR-Cas로 유전적으로 변형된 생쥐를 사용하여 복잡한 팔다리 같은 구조에서 더 단순한 지느러미로 진화한 과정을 연구했습니다. 이들은 Shh 신호 전달 경로의 변화가 이러한 진화를 일으켰음을 발견했습니다. 이 경로는 척추동물에서 사지와 손가락의 발달에 중요하며, 명확한 진화적 연관성을 보여줍니다.

현재 모든 현존하는 폐어 과의 완전한 유전체 서열을 확보했으므로, 비교 유전체학 연구를 더욱 활발히 진행할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 폐어의 유전적 특징을 더 잘 이해하고 진화에서 그들이 차지하는 위치를 더 깊이 알 수 있게 될 것입니다.

본 연구는 게놈학이 진화 생물학을 이해하는 데 얼마나 중요한지를 강조합니다. 게놈학을 통해 척추동물과 같은 복잡한 동물들이 다양한 환경에 적응하여 변화해온 과정을 알 수 있습니다. 이 정보는 진화와 유전학 분야의 향후 연구에 유용합니다.