국제연구팀 "Y 염색체, X 염색체보다 종간 차이·변동성 매우 커"
"Y 염색체, 인간과 14~27%만 일치…X 염색체는 90% 이상 일치"

인간과 진화적으로 가장 가까운 영장류인 침팬지와 오랑우탄 등 유인원 6종의 성을 결정하는 X 염색체와 Y 염색체의 완전한 염기서열 지도가 처음으로 완성됐다.

유인원의 Y 염색체는 인간과 14~27%만 일치하는 반면 X 염색체는 90% 이상 일치하는 것으로 나타났다.

특히 Y 염색체는 X 염색체보다 종들 사이에 변이와 다양성 차이가 매우 큰 것으로 밝혀졌다.

연구팀은 이 게놈지도를 통해 멸종 위기 유인원 보존을 위한 유전 정보는 물론 종의 다양성과 진화, 인간 질병 등에 대한 정보도 얻을 수 있을 것으로 기대한다.

[사이테크+] 침팬지·오랑우탄 등 유인원 6종 성염색체 게놈지도 완성
미국 펜실베이니아주립대(Penn State)와 국립 인간게놈연구소(NHGRI), 워싱턴대 등이 이끄는 국제 연구팀은 30일 과학 저널 네이처(Nature)에서 침팬지·보노보·고릴라·보르네오 오랑우탄·수마트라 오랑우탄 등 대형 유인원 5종과 소형 유인원인 시아망 긴팔원숭이의 성염색체 염기서열 분석을 완료했다고 밝혔다.

교신저자인 펜실베이니아주립대 카테리나 마코바 교수는 Y 염색체는 인간의 생식 능력에 중요하고 X 염색체는 생식, 인지, 면역 등에 중요한 유전자를 가지고 있다"며 "이 연구는 성염색체와 그 진화 과정, 성염색체 관련 질병에 대한 미래 연구의 문을 열어준다"고 말했다.

이어 "비인간 유인원 종은 모두 멸종 위기에 처해 있다"며 "이들의 완전한 성염색체 염기서열 확보로 야생에서 성별에 따른 이들 종의 분포와 번식 및 생식능력에 중요한 유전자에 대한 연구가 가능해질 것"이라고 덧붙였다.

연구팀은 유인원 6종의 성염색체에 염기서열을 빈틈없이 정확하게 분석할 수 있는 최신 기법인 '텔로미어-투-텔로미어'(T2T) 컨소시엄 기법을 적용했다.

T2T 기술은 염색체를 아주 짧게 잘라 분석한 뒤 이를 정렬해 오류·누락 가능성이 큰 쇼트-리드(short-read) 기법을 사용하는 기존 기술과 달리 더 긴 조각을 분석하는 롱-리드(long-read) 기법과 컴퓨터 분석을 결합해 정확도가 매우 높다.

분석 결과 6종의 유인원 모두 Y 염색체가 X 염색체보다 크기를 포함한 다양한 특성에서 가변성이 훨씬 더 큰 것으로 나타났다.

X 염색체 크기는 인간과 침팬지의 염기(ACTG) 수 1억5천400만개에서 고릴라 1억7천800만개로 차이가 크지 않은 반면 Y 염색체는 시아망 긴팔원숭이 3천만개부터 수마트라 오랑우탄 6천800만개까지 차이가 매우 컸다.

또 반복적인 DNA 염기서열의 비율도 X 염색체는 62~66%였으나 Y 염색체는 75~82%로 훨씬 높았다.

반복적 염기서열이 많을수록 정확한 배열과 특성 분석이 어렵다.

유인원의 성염색체 염기서열을 인간의 X-Y 염색체와 비교한 결과 Y 염색체는 인간과 마찬가지로 X 염색체보다 유전자 수가 훨씬 적고, 종 특이적 염기서열도 매우 다양하게 존재하는 것으로 밝혀졌다.

유인원의 X 염색체 염기서열은 90% 이상이 인간 X 염색체와 일치하지만, Y 염색체는 14~27%만 인간 Y 염색체와 일치하는 것으로 나타났다.

이는 X 염색체가 진화가 이뤄지는 수백만년 간 비교적 크게 변하지 않았음을 의미한다.

마코바 교수는 "이 연구에서 유인원의 Y 염색체가 줄어들고, 많은 돌연변이와 반복 서열이 축적되고 유전자가 감소하고 있다는 사실을 발견했다"고 말했다.

그러나 "Y 염색체에는 유전자 서열을 그대로 유지하게 해주는 자연선택의 일종인 정화선택 유전자가 다수 있는 것으로 나타났다"며 "이는 Y 염색체가 가까운 미래에 사라질 가능성이 작다는 것을 의미한다"고 덧붙였다.

논문 공동 저자인 펜실베이니아대 크리스천 후버 교수는 "생물정보학 기술과 진화 분석을 결합해 인간과 가장 가까운 친척인 유인원의 성염색체에 작용하는 진화 과정을 더 잘 이해할 수 있게 됐다"며 "완성된 성염생체 게놈 지도가 영장류 진화와 인간 질병에 대한 향후 연구에 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

◆ 출처 : Nature, Kateryna D. Makova et al., 'The complete sequence and comparative analysis of ape sex chromosomes', http://dx.doi.org/10.1038/s41586-024-07473-2


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