멘델의 유전 법칙 — 완두는 왜 3 : 1 로 나올까

자식은 부모를 반반 닮는다고 생각하기 쉽습니다. 빨간 물감과 흰 물감을 섞으면 분홍이 되듯이 말입니다. 그렇다면 둥근 완두와 주름진 완두를 교배하면 조금 주름진 완두가 나와야 합니다. 멘델이 실제로 해 보니 자손은 모두 둥글었습니다. 더 이상한 것은 다음 세대였습니다. 사라진 줄 알았던 주름진 완두가 다시 나왔고, 그 수는 둥근 완두의 3분의 1 이었습니다. 멘델의 유전 법칙은 이 3 : 1 을 설명하는 데서 시작합니다.

사라졌다가 돌아온 주름진 완두

멘델은 먼저 여러 세대를 자가 수분해도 같은 형질만 나오는 순종을 골랐습니다. 순종인 둥근 완두와 순종인 주름진 완두를 교배하자 잡종 1대는 모두 둥근 완두였습니다. 이렇게 잡종 1대에 나타나는 형질을 우성, 나타나지 않는 형질을 열성이라고 합니다.

이어서 잡종 1대를 자가 수분했습니다. 잡종 2대에서 둥근 완두는 5474개, 주름진 완두는 1850개가 나왔습니다. 거의 3 : 1 입니다.

완두는 이런 실험에 잘 맞는 식물입니다. 둥글다·주름지다처럼 대립 형질이 뚜렷하고, 한 세대가 짧으며, 한 번에 얻는 씨의 수가 많습니다. 꽃잎이 암술과 수술을 감싸고 있어 저절로 자가 수분이 되므로, 사람이 원하는 대로 교배하기도 쉽습니다.

3 : 1 이 나오는 까닭 — 분리의 법칙

멘델은 형질을 정하는 유전 인자가 쌍으로 있고, 어버이에게서 하나씩 물려받는다고 보았습니다. 지금은 이것을 유전자라고 부릅니다. 둥근 모양 유전자를 R, 주름진 모양 유전자를 r 이라고 하면 순종 둥근 완두는 RR, 순종 주름진 완두는 rr 입니다. 같은 형질을 두고 짝을 이루는 R 과 r 을 대립유전자라고 합니다.

잡종 1대는 양쪽에서 하나씩 받아 Rr 입니다. R 과 r 이 함께 있으면 우성인 R 의 형질만 겉으로 드러납니다. 주름진 모양 유전자는 사라진 것이 아니라 가려져 있었던 것입니다.

Rr 인 완두가 생식세포를 만들 때 쌍을 이루던 R 과 r 은 갈라져 서로 다른 생식세포로 들어갑니다. 그래서 R 을 가진 생식세포와 r 을 가진 생식세포가 1 : 1 로 생깁니다. 이것이 분리의 법칙입니다. 꽃가루 쪽 둘과 밑씨 쪽 둘이 만나는 경우는 넷이고, 넷이 같은 확률로 일어나므로 잡종 2대는 RR : Rr : rr = 1 : 2 : 1 이 됩니다. RR 과 Rr 은 둥글고 rr 만 주름지니 겉으로는 3 : 1 입니다.

검정 교배 — 둥근 완두의 속을 알아내는 법

둥근 완두는 겉만 봐서는 RR 인지 Rr 인지 알 수 없습니다. 이럴 때 열성 순종인 주름진 완두(rr)와 교배해 봅니다. 이것을 검정 교배라고 합니다.

주름진 완두는 r 만 물려주므로, 자손의 형질은 둥근 완두가 준 유전자에 따라 정해집니다. 자손이 모두 둥글면 어버이는 RR 이고, 주름진 완두가 절반 섞여 나오면 Rr 입니다. 자손의 표현형 비가 곧 어버이가 만든 생식세포의 비입니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 잡종 1대(Rr)의 생식세포. R : r = 1 : 1.
• 잡종 2대의 유전자형 비. RR : Rr : rr = 1 : 2 : 1.
• 잡종 2대의 표현형 비. 둥글다 : 주름지다 = 3 : 1.
• 잡종 2대의 둥근 완두 가운데 순종의 비율. 셋 중 하나이므로 3분의 1. 전체 가운데서는 4분의 1 입니다.
• 검정 교배. 자손이 모두 우성이면 어버이는 순종, 우성 : 열성이 1 : 1 이면 잡종.
• 열성 형질이 겉으로 드러난 개체. 언제나 순종(rr).

자주 헷갈리는 것

• "우성은 더 뛰어나거나 더 흔한 형질이다" — 우성은 잡종에서 겉으로 드러나는 형질이라는 뜻일 뿐입니다. 좋고 나쁨이나 많고 적음과는 관계가 없습니다.
• "잡종 1대에서 열성 유전자는 없어진다" — 가려져 있을 뿐 그대로 있습니다. 그래서 잡종 2대에서 주름진 완두가 다시 나옵니다.
• "씨가 넷이면 셋은 둥글고 하나는 주름지다" — 3 : 1 은 확률입니다. 자손의 수가 많을수록 이 비에 가까워지고, 적으면 크게 벗어날 수 있습니다.

정리합니다. 대립유전자는 쌍으로 있다가 생식세포를 만들 때 하나씩 갈라져 들어갑니다. 잡종 1대 Rr 은 R 과 r 을 1 : 1 로 만들고, 이들이 만나 잡종 2대는 RR : Rr : rr = 1 : 2 : 1, 겉으로는 3 : 1 이 됩니다. 열성 유전자는 우성에 가려져 있다가 둘이 만났을 때 드러납니다.