멘델의 완두 교배 실험 · PeaLab

왜 완두인가

1856~1863년, 멘델은 바로 이 수도원 밭에서 8년 동안 완두를 길렀습니다. 완두는 자가 수분 식물이고 폐화 수분을 합니다. 꽃잎이 벌어지기 전에 꽃가루가 자기 암술머리에 떨어지기 때문에 자연 상태에서는 보통 순종입니다. 또 완두에는 쉽게 구별되는 대립 형질이 많고 꽃이 커서 사람이 손으로 제웅과 수분을 하기 쉽습니다.

여섯 이랑에는 여섯 순종 계통이 심겨 있으며, 각각 줄기 높이, 꽃 색깔, 꽃 위치, 꼬투리 모양과 색깔이 표준 계통과 다릅니다. 오른쪽 위의 타임라인을 끌어서 씨를 뿌린 뒤 꽃이 피고 꼬투리가 맺히고 누렇게 마를 때까지 지켜보세요.

인공 타가 수분

두 계통을 교배하려면 완두의 자가 수분을 막고 다른 포기의 꽃가루를 암술머리로 옮겨야 합니다.

제웅: 꽃봉오리 시기(꽃밥이 아직 익지 않았을 때)에 꽃잎을 벌리고 핀셋으로 수술 10개를 모두 뽑아냅니다. 꽃이 피면 이미 자가 수분이 끝났으므로 너무 늦습니다.

봉지 씌우기: 곤충이 다른 꽃가루를 옮겨 오지 못하게 합니다.

하루쯤 기다려 암술이 성숙하게 합니다.

인공 수분: 붓으로 아버지 계통의 익은 꽃밥에서 꽃가루를 묻혀 어머니 계통의 암술머리에 바릅니다.

다시 봉지를 씌우고 부모와 날짜를 적은 꼬리표를 답니다.

Ⅰ 이랑은 둥근 종자 계통(어머니, 지금 꽃봉오리 시기)이고, Ⅱ 이랑은 주름진 종자 계통(아버지, 일주일 먼저 뿌려 이미 꽃이 핌)입니다.

한 쌍의 형질 교배

지난 계절에 두 조의 교배를 해 두었습니다: Ⅰ 이랑 둥근 ♀ × Ⅱ 이랑 주름진 ♂, Ⅲ 이랑 큰 키 ♀ × Ⅳ 이랑 작은 키 ♂.

종자의 형질은 포기의 형질보다 한 세대 먼저 나타납니다. 종자 속의 배가 이미 다음 세대이기 때문입니다. 그래서 교배한 그 계절에 어머니 꼬투리 속에 든 것이 F₁ 종자이며 모두 둥글습니다. F₁ 포기에 맺힌 종자가 F₂로, 둥근 것과 주름진 것이 약 3 : 1입니다. 줄기 높이는 종자를 뿌려 포기로 길러야 보이므로 한 계절이 더 걸립니다.

멘델의 설명: 형질은 유전 인자가 결정하며, 체세포에서 유전 인자는 쌍으로 존재한다. 생식세포가 만들어질 때 쌍을 이룬 유전 인자는 서로 분리되어 서로 다른 생식세포로 들어간다. 수정할 때 암수 생식세포는 무작위로 결합한다.

검정 교배: 분리 확인

멘델은 연역 추론으로 자신의 가설을 검증했습니다. F₁이 정말로 서로 다른 유전 인자 한 쌍(Rr)을 가지고 R과 r 생식세포를 같은 수로 만든다면, F₁을 열성 동형 접합체(rr)와 교배한 자손은 둥근 것 : 주름진 것 = 1 : 1이어야 합니다.

Ⅰ 이랑에는 F₁(둥근 것)이, Ⅱ 이랑에는 일주일 먼저 뿌린 주름진 계통이 있습니다. 먼저 예측을 적고 실험하세요. 멘델의 검정 교배 결과는 둥근 것 106알, 주름진 것 101알이었습니다.

두 쌍의 형질 교배

황색 둥근 것 ♀ × 녹색 주름진 것 ♂ (Ⅰ × Ⅱ, 지난 계절에 교배함). F₁은 모두 황색 둥근 것입니다. F₁을 자가 수분하면 F₂에 황색 둥근 것, 황색 주름진 것, 녹색 둥근 것, 녹색 주름진 것의 네 표현형이 약 9 : 3 : 3 : 1로 나타납니다. 녹색 둥근 것과 황색 주름진 것은 어느 부모에도 없던 새로운 조합입니다.

한 쌍씩 보면 여전히 3 : 1입니다. 멘델의 설명: F₁이 생식세포를 만들 때 각 쌍의 유전 인자는 분리되고 서로 다른 쌍의 유전 인자는 자유롭게 조합되어 YR, Yr, yR, yr 네 생식세포가 같은 수로 생긴다. 검정 교배로 확인하면 F₁ × 녹색 주름진 것의 자손은 1 : 1 : 1 : 1이어야 한다.

일곱 쌍 형질 자유 탐구

이제 밭은 여러분의 것입니다. 각 이랑 오른쪽의 ‘파종’을 클릭하면 어떤 순종 계통이든, 수확한 종자든 뿌릴 수 있습니다. 타임라인을 끌어 기르세요. 꽃봉오리 시기에 꽃을 클릭하면 인공 수분을 할 수 있고, 익으면 ‘수확’을 클릭해 작업대에서 분류하고 셉니다.

해 보기: 보라 꽃 × 흰 꽃의 F₁ 종피는 무슨 색일까요? 꼬투리의 모양과 색은 누가 정할까요, 어머니일까요 종자일까요? 포기의 두 형질(예: 줄기 높이와 꽃 위치)도 F₂가 9 : 3 : 3 : 1일까요?

가설 연역법

멘델의 연구 과정을 돌아봅시다.

관찰과 문제 제기: F₁은 우성 형질만 나타내고, F₂에서는 열성 형질이 다시 나타나며 그 비가 3 : 1에 가깝다. 왜일까?

가설 설정: 형질은 유전 인자가 결정한다. 체세포에서 유전 인자는 쌍으로 존재한다. 생식세포가 만들어질 때 쌍을 이룬 유전 인자가 분리되어 생식세포에는 각 쌍 중 하나만 들어간다. 수정할 때 암수 생식세포는 무작위로 결합한다.

연역 추론: 가설이 옳다면 F₁ × 열성 동형 접합체 → 1 : 1.

실험 검증: 검정 교배에서 1 : 1을 얻었다.

결론: 분리의 법칙. 두 쌍의 형질도 같은 방식으로 독립의 법칙을 얻는다.

1909년 요한센은 ‘유전 인자’를 유전자라고 고쳐 불렀습니다. 오늘날 우리는 R/r 유전자가 녹말 가지 효소를 암호화한다는 것을 압니다. rr 종자는 녹말이 적고 설탕이 많아 마르면서 쭈글쭈글해집니다.