개요 #

잡종강세(hybrid vigor, heterosis)란 잡종이 생육·생존력·번식력 등에서 양친보다 우수한 성질을 갖는 것이다. 잡종약세(자식약세, inbreeding depression)와 반대되는 현상이다. 모든 잡종에 나타나는 현상은 아니며, 양친의 조합에 따라 그 정도가 다르다. 일반적으로 같은 종 가운데 혈연이 먼 것들 사이의 조합일수록 잡종강세가 강하게 나타나지만, 너무 먼 것은 오히려 생육이 불량한 잡종약세를 보이기도 한다. 잡종강세는 잡종 제1대(F₁)에서 가장 두드러지게 나타나고, 잡종 세대가 거듭될수록 점차 강세의 정도가 감소한다.

잡종강세를 활용하는 이유 #

생존에 유리한 유전자(우성)의 수가 많으면 한쪽 어버이에서 유리한 유전자를 모두 호모(Homo) 상태로 모으는 일은 대단히 어려울 수 밖에 없다. 특히 유전자의 수가 많으면, 한정된 수의 염색체상에 그것들이 연쇄해 있을 가능성이 높기 때문에 유리한 유전자만을 한쪽 유전자형에 모으는 일은 더욱 어렵다. 이와 같이 유리한 유전자와 불리한 유전자 모두를 가진 양친간의 교잡에서는 F₁이 헤테로(Hetero)상태가 되어 서로 한쪽 어버이에게서 온 불리한 열성유전자의 표현이 다른쪽의 유리한 우성 대립유전자에 의해 방해될 확률이 높아진다. 이렇게 해서 생긴 F₁은 양친보다 유리하게 된다는 것이 잡종강세의 원리이고 이를 농축산업에 활용한다.

농축산업 활용 #

독일의 식물학자 J.G.쾰로이터가 1760년대에 담배를 사용해 광범위한 잡종연구를 하던 중에 발견했는데, 이것이 농업생산에서 실용화된 것은 1900년대 초 미국의 H.K.헤이스, E.M.이스트, G.H.셜 등에 의한 옥수수 잡종강세가 최초이다. 잡종강세의 이용은 다른 two parent의 교잡을 필요로 하므로, 교잡종자를 얻기 쉬운 타식성(他殖性) 작물에 널리 적용되어 왔다.

그림 1. 옥수수 잡종강세 육종 사례

지금은 대부분의 닭·누에·돼지 등의 동물, 옥수수·토마토·양파·수수(자식성 작물) 등의 식물 품종이 잡종 제1대 품종이 되었고, 또한 많은 채소류·꽃·임목(林木)·가축 생산에도 이용된다.

그림 2. 돼지 잡종강세 육종 사례

잡종강세의 배경이 되는 학설 #

1. 우성 가설
   이형잡종(heterozygote)에서 우성대립유전자가 열성대립유전자의 발현을 억제하지만, 고정된 열성동형대립유전자는 열성형질이 퇴화되어 나타나는 현상을 설명한다. 이형대립유전자가 많은 F₁세대가 동형의 열성대립유전자(recessive allele)가 고정되어 나타나는 F2 세대의 일부 자손 개체보다 적응도(fitness)가 큰 것이 그 예이다.

2. 초우성 가설
   두 순계를 교배하여 얻을 수 있는 대립유전자의 조합이 이형잡종에서 훨씬 우수한 특성을 발현시키는 현상을 설명한다. 이 가설은 동형접합 개체에서 열성이면서 나쁜 많은 대립유전자가 이형접합 개체에서는 형질발현에 작용하지 않지만 순계에서는 그 비율이 많아서 나쁜 형질이 발현되도록 한다는 것이다.

3. 후성유전의 영향
   지금까지 잡종강세를 유전적으로 설명하기 위해 여러 가지 가설이 제시되어 왔다. 그러나 어떠한 것도 잡종강세 현상을 명쾌히 설명하지 못하고 있다. 최근에는 후성유전학적 기작에 의해 잡종강세 현상이 조절될 것이라는 연구 결과들이 발표되고 있다.
   잡종강세 현상에 대한 후성유전의 영향은 전령 RNA(mRNA)의 번역억제와 분해에 관여하지만, 단백질을 암호화하지 않는 작은 크기의 RNA에 의한 유전체 수준의 유전자 차별발현이 주요인으로 의한 것으로 제안되었다. 식물의 크기가 유전체의 양적균형에 의하며 배수성식물이 일반적으로 잎과 키가 큰 것으로 보고되었다. 또한 유전자와 결합 되거나 떨어질 수 있는 히스톤 단백질의 변형 형태도 잡종강세 현상에 중요하게 작용한다. 이는 히스톤 단백질이 특정 형질 발현에 중요한 유전자의 RNA 전사를 조절하기 때문이다.

Reference #

• https://www.scienceall.com/
• 그림 1. 강원대학교 풀사료 정보센터
• 그림 2. 동아지엔아이
• https://www.ksmcb.or.kr/file/webzine/2013_03_02.pdf