흰개미 잡아먹는 아프리카 하이에나과 아드울프는 집고양이랑 놀랍도록 염색체 유사!
by Ye (Vivian) Chen, Texas A&M University
텍사스 A&M 대학교 연구진은 아드울프aardwolf의 최초 상세 염색체 지도를 통해 수백만 년에 걸친 각기 다른 진화 과정에도 불구하고 아드울프, 다른 하이에나류, 심지어 집고양이 염색체가 놀라울 정도로 유사하다는 사실을 발견했다.
아프리카 원산 흰개미를 먹는 포유류인 아드울프는 하이에나과에서 가장 연구가 덜 된 종이다.
지금까지 아드울프에 대한 유일한 염색체 정보는 1960년대에 밝혀진 염색체 수(40개)뿐이었다.
유전학 저널(Journal of Heredity)에 발표된 이 연구는 텍사스 A&M 수의과대학Texas A&M College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences (VMBS) 수의통합생명과학부 테르예 라우드세프Terje Raudsepp 교수가 트윈 파인 보존 연구소Twin Pine Conservation Institute (TPCI)와 공동으로 진행했다.
이번 연구는 아드울프의 핵형karyotype을 최초로 상세하게 분석한 것으로, 포유류의 염색체 수준 참조 체계를 구축하려는 광범위한 노력에 기여한다.
현재까지 약 6,000종 포유류 중 약 1,200종만이 상세한 염색체 지도를 확보한 상태다.
라우드세프 교수는 "이번 염색체 수준 연구는 더 많은 포유류 종의 염색체 지도를 추가하는 것이 왜 중요한지 보여준다"라며, "어떤 종이 언제 멸종될지 아무도 알 수 없기 때문"이라고 말했다.
이전 연구에서 아드울프의 게놈 서열이 분석되었지만, DNA는 여전히 약 5,600개 조각으로 나뉘어 있다.
이번 연구는 아드울프의 염색체 지도를 작성함으로써 연구자들이 이 조각들을 재구성하는 데 필요한 지침을 제공한다.
"이제 아드울프와 점박이하이에나의 염색체를 비교할 수 있게 되었으므로, 향후 게놈 서열 분석에서 찾아야 할 구체적인 차이점을 확인할 수 있습니다."
라우드세프 연구실 박사 과정 학생이자 이번 연구 공동 제1저자인 마이라 멘도사Mayra Mendoza가 말했다.
염색체 지도가 보여주는 것
아드울프의 염색체를 얻기 위해 연구팀은 TPCI에서 보낸 피부 샘플에서 세포를 배양하고 세포 분열을 기다렸다.
염색체가 현미경으로 관찰했을 때 뚜렷한 막대 모양으로 나타나는 유일한 순간이 바로 세포 분열 때다.
각 염색체를 고유한 바코드 모양 밝고 어두운 줄무늬 패턴으로 강조하는 염색 기법을 사용해 연구팀은 아드울프의 염색체 구조를 아드울프의 가까운 친척인 점박이하이에나의 염색체 구조와 비교했다.
두 종의 염색체를 나란히 놓고 보니 거의 동일해 보였다.
멘도자 연구원은 "중심 염색체의 배열 방식도 같고, 줄무늬 패턴도 변하지 않았다. 단 세 쌍에서만 차이가 나타났다"고 말했다.
"나중에 이 부분들이 아드울프나 다른 하이에나 계통에만 나타나는 특징일 수 있다는 것을 확인했습니다."
이러한 안정성은 아드울프와 점박이하이에나가 불과 1060만 년에서 1160만 년 전에 분화했기 때문에 당연한 결과다.
진화론적 관점에서 보면 비교적 짧은 기간이다.
하지만 놀라운 점은 연구팀이 염색체 염색 기법을 이용해 아드울프와 집고양이를 비교했을 때 나타났다.
이 기법은 DNA 염기서열 수준에서 염색체를 비교할 수 있게 해준다.
오늘날 생김새가 전혀 다른 이 두 종은 아드울프와 점박이하이에나보다 약 세 배나 더 일찍 공통 조상으로부터 분화했다.
그럼에도 두 종의 염색체 패턴은 유사하게 안정적인 것으로 나타났다.
"정말 놀라웠습니다. 색깔이 아주 강렬하고 선명하고 아름다워요." 멘도자는 말했다. "두 종은 매우 멀리 떨어져 있는데도 색깔은 전혀 다른 종의 것처럼 보이지 않아요."
고양이의 19개 염색체 중 12개는 아드울프의 염색체 하나와 일대일로 대응한다.
나머지 7개는 더 흩어져 있으며, 각각 아드울프의 여러 염색체에 걸쳐 있는 유전 물질에 해당한다.
"원래 계통에서 진화 과정 동안 염색체의 큰 변화나 재배열은 없었습니다." 멘도자는 말했다.
"누군가에게 하이에나가 어떤 동물과 가장 가까운 친척이냐고 물으면, 아마도 개라고 대답할 것입니다. 하지만 하이에나는 고양이와 더 가까운 친척입니다."
고양이는 비교 대상으로 적합한 선택이기도 했다.
연구 공동 저자인 로스코 스태니언Roscoe Stanyon 박사가 이미 고양이의 각 염색체에 대한 특수 DNA 마커 세트를 개발해 놓았기 때문이다.
이러한 도구를 개발하는 데는 수년이 걸리기 때문에, 고양이가 이미 준비되어 있다는 점이 비교 대상으로서 이상적인 이유였다고 라우드세프는 설명했다.
연구진은 아드울프 염색체의 두 가지 특징을 조사하여 이러한 진화적 안정성에 대한 추가적인 증거를 발견했다.
첫 번째는 핵소체 형성 부위nucleolus organizer region (NOR)로, 세포가 단백질을 생성하는 데 도움을 주는 유전자들을 포함하는 염색체 영역이다.
연구진은 NOR이 아드울프, 다른 하이에나, 그리고 고양이에서 동일한 위치에 있다는 것을 발견했다.
"NOR은 종에 따라 매우 다양합니다." 라우드세프는 덧붙였다.
라우드세프는 "하지만 하이에나와 고양이과 동물, 즉 집고양이, 사자, 호랑이, 치타를 포함한 모든 동물은 NOR을 포함하는 염색체 쌍을 하나씩만 가지고 있다"고 말했다.
또 다른 특징은 염색체 끝에 있는 보호 캡인 텔로미어telomeres였다.
텔로미어는 아드울프의 염색체가 진화 과정에서 주요 구조적 변화를 겪었는지 평가하는 또 다른 방법을 제공했다.
라우드세프는 "진화 과정에서 때때로 염색체 끝부분뿐만 아니라 중간 부분에도 텔로미어 서열이 나타난다. 이러한 내부 텔로미어 부위는 과거의 염색체 재배열을 나타낼 수 있다"고 말했다.
"하지만 중요한 것은 아드울프에서는 염색체 끝부분이 아닌 다른 부위에서 텔로미어 서열을 발견하지 못했다는 것입니다."
하나의 샘플이 미래 연구의 문을 열다
TPCI에서 보낸 작은 피부 샘플은 이제 라우드세프 연구실에서 배양하고 다른 유형의 유전자 검사에 사용할 수 있는 살아있는 아드울프 세포주가 되었다.
라우드세프 교수는 "하나의 우수한 세포주가 다양한 연구의 가능성을 열어준다"고 말했다.
라우드세프 연구실은 이미 염색체 연구에 필요한 도구를 갖추고 있었기 때문에, 멘도자 교수와 이 논문 제1저자인 학부생 연구원 엘리 콜브Ellie Kolb는 전체 게놈 시퀀싱이 보류된 동안 염색체 수준 분석을 진행했다.
이들의 작은 프로젝트는 궁극적으로 아드울프 DNA의 구조를 더 자세히 보여주고, 게놈 시퀀싱 기술이 발전하더라도 염색체 지도 작성이 여전히 중요한 이유를 보여주었다.
멘도자는 "프로젝트에 헌신적인 학부생들을 지도하는 과정은 과학적 연구 자체만큼이나 나에게도 많은 성장을 가져다주었다"고 말했다.
"학부생, 대학원생, 그리고 책임 연구원 모두가 힘을 합쳐 프로젝트를 구체화해 나가는 과정을 지켜보는 것이 저에게 가장 보람 있는 경험이었습니다."
Publication details
Ellie Kolb et al, Comprehensive cytogenetic analysis of the aardwolf (Proteles cristatus) and comparative chromosome painting with the domestic cat (Felis catus), Journal of Heredity (2026). DOI: 10.1093/jhered/esag008
Journal information: Journal of Heredity