(Minor (left) and Major (right) C. floridanus workers. Typically, Minor workers perform the vast majority of foraging, while Major workers defend the nest from intruders and rarely forage for food. Credit: Riley Graham)
개미는 대표적인 사회적 곤충으로 저신의 역할에 따라 같은 유전자가 같은 개체끼리도 병정개미나 일개미처럼 역할에 따라 형태와 크기가 완전히 달라집니다. 과학자들은 어떻게 이런 일이 가능한지 연구해왔습니다. 펜실베니아 대학 페럴만 의대 (Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania)의 과학자들은 DNA 염기서열이 아니라 화학 구조에 영향을 줘 발현을 조절하는 후생유전학(epigenetics)적 메카니즘을 연구했습니다.
연구팀은 풀로리다 왕개미 의 병정개미와 일개미의 역할을 바꾸는 실험을 진행했습니다. 병정개미는 덩치가 크고 둥지를 방어하는 임무를 수행하고 일개미는 크기가 작은 대신 먹이를 찾으러 둥지를 떠나는 큰 차이점을 지니고 있습니다. (사진) 하지만 사실 두 개체는 같은 유전자를 갖고 있습니다. 따라서 행동의 차이는 유전자가 아니라 유전자를 컨트롤 하는 다른 요인에 의한 것입니다.
연구팀은 이전 연구에서 CoRest라는 신경 억제 단백질을 이용해 성체가 된지 5일 이내의 병정개미가 최장 10일까지 일개미처럼 행동하게 만들었습니다. 이번 연구에서는 이 과정에 관여하는 더 구체적인 신호 과정을 규명했습니다. 연구팀에 따르면 원인이 되는 것은 DNA가 감싸고 있는 히스톤의 탈아세틸화 억제제 histone deacetylase inhibito인 trichostatin A (TSA)라는 물질입니다. 이 물질은 일개미와 일개미로 다시 재설정된 병정개미에서만 활성화됩니다. 즉 후생유전학적 기전으로 같은 유전자를 지닌 애벌레가 일개미가 되거나 병정개미가 되는 것입니다.
생물은 유전자에 따라 개미가 되거나 사람이 되지만, 잘 바뀌지 않는 유전자만으로 환경 변화에 능동적으로 대응하기 어렵습니다. 후생유전학적 기전은 이에 대한 보완책으로 염기서열 자체의 변화 없이도 다양한 형질 발현이 가능하게 만듭니다. 과학자들은 이 자연의 놀라운 능력이 어떤 기전으로 작동하는지 하나씩 밝혀내고 있습니다.
참고
Molecular Cell, Glastad et al. "Epigenetic regulator CoRest controls social behavior in ants." https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(19)30790-7 , DOI: 10.1016/j.molcel.2019.10.012
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