잃어버린 유전자가 바다거미에게 기괴하고 다리가 긴 몸을 부여한 과정

Pycnogonum litorale, 말미잘을 먹고 있는 성체 암컷. 사진 제공: Georg Brenneis

비엔나 대학교와 미국 위스콘신-매디슨 대학교의 국제 협력을 통해 바다거미(Pycnogonum litorale)의 염색체 수준 유전체를 최초로 분석했습니다. 이 유전체는 바다거미의 특징적인 체형 발달 과정을 보여주는 동시에 협각류의 진화 역사를 밝히는 중요한 이정표가 되었습니다. 이 연구는 최근 BMC Biology 에 게재되었습니다.

바다거미(Pycnogonida)는 매우 특이한 해부학적 구조를 가진 해양 절지동물입니다. 몸통은 매우 좁고 짧으며, 많은 내장 기관이 긴 다리까지 뻗어 있고, 복부는 거의 알아볼 수 없을 정도로 매우 축소되어 있습니다. 거미, 전갈, 진드기, 투구게처럼 훨씬 더 잘 알려진 동물들과 함께 바다거미는 발톱처럼 생긴 입 부분인 협각류(chelicerae)에서 이름을 따온 협각류(chelicerates)에 속합니다. 이 "몸체 없는" 동물들의 기묘한 신체 구조는 흥미로운 질문을 제기합니다. 어떤 유전적 요인이 이러한 형성의 기반이 될까요? 그리고 이것이 협각류의 진화 역사에 대해 무엇을 알려줄 수 있을까요? 그 답은 그들의 유전체에 있습니다.

고해상도 게놈

유전체 어셈블리를 제작하기 위해 연구진은 상호 보완적인 시퀀싱 기술을 결합했습니다. 먼저, 단일 P. litorale 개체의 유전 물질을 소위 "롱-리드 시퀀싱"을 사용하여 얻었습니다. 이 기술은 매우 긴 DNA 구간을 포착할 수 있습니다. 이는 반복되거나 복잡한 유전체 영역의 정확한 어셈블리를 용이하게 합니다. 그런 다음, 두 번째 P. litorale 개체에서 유전체의 공간적 구성을 분석하여 세포핵에서 어떤 DNA 조각들이 서로 가까이 있는지 파악했습니다. 이 거리 정보를 활용하여 시퀀싱된 DNA 구간의 정확한 순서를 확인할 수 있습니다. 이러한 데이터 소스의 조합을 통해 바다거미 유전체의 거의 전체를 전례 없는 해상도로 나타내는 57개의 유사염색체를 조립할 수 있었습니다. 또한, P. litorale의 다양한 발달 단계에서 유전자 활동에 대한 새로운 데이터 세트를 통해 이를 보완했습니다 . "많은 비정형 실험실 생물의 유전체는 조립하기 어려운데, Pycnogonum 도 예외는 아닙니다. 최신 고처리량 데이터 소스의 조합 덕분에 고품질 유전체를 얻을 수 있었습니다."라고 빈 대학교 진화생물학과의 본 연구의 제1저자 니콜라스 파파도풀로스는 말했습니다. "이제 이는 향후 연구를 위한 디딤돌이 될 수 있습니다."

잃어버린 유전자, 눈에 보이는 효과

연구팀은 동물계 전반에 걸쳐 진화적으로 보존되는 유전자군인 소위 Hox 클러스터에 특히 주목했습니다. 비엔나 대학교 진화생물학과의 프로젝트 책임자 중 한 명인 안드레아스 반닝거는 "절지동물에서 Hox 유전자는 다양한 체절의 정확한 구성에 핵심적인 역할을 하지만, 다른 많은 동물 군에서도 체형 발달 과정에서 필수적인 '마스터 컨트롤러' 역할을 합니다."라고 설명합니다. Pycnogonum litorale 의 흥미로운 비밀은 Hox 클러스터의 일부, 즉 복부-A(abdominal-A) 유전자가 유전체에서 완전히 사라졌다는 것입니다. 이 유전자는 일반적으로 체후부의 구성 및 발달에 관여합니다. 이 유전자의 부재는 pycnogonid 복부의 극심한 축소와 관련이 있을 수 있습니다. 특정 진드기나 따개비처럼 체후부가 축소된 다른 절지동물에서도 유사한 현상이 관찰되었습니다. 따라서 바다거미는 Hox 유전자 소실과 체후부 축소 사이의 잘 알려진 진화적 연관성을 보여주는 또 다른 사례입니다.

유전체는 더 광범위한 진화 패턴에 대한 통찰력을 제공합니다. 거미나 전갈의 유전체에서 고대 전체 유전체 중복의 명확한 흔적이 나타나는 것과 달리, P. litorale 의 유전체에서는 그러한 흔적을 찾을 수 없습니다 . 협각류는 모든 협각류의 자매 분류군으로 여겨지므로, 이는 협각류 조상의 유전체에 이미 이러한 중복이 존재했던 것이 아니라, 특정 협각류 아군의 경우 진화 과정에서 훨씬 나중에 발생했음을 시사합니다.

새로운 참조 게놈

새롭게 구축된 고품질 유전체는 향후 비교 연구의 토대를 마련합니다. 따라서 P. litorale은 협각류와 체형 진화 간의 상호 관계, 그리고 절지동물 다양성의 근간이 되는 유전적 메커니즘에 대한 의문을 해결하는 데 있어 새롭고 귀중한 참고 종이 됩니다. "진화적 발생학적 관점에서 바다거미는 매우 흥미롭습니다. 바다거미의 발생 방식은 절지동물의 조상일 수 있지만, 동시에 바다거미는 자신들만의 고유한 여러 체형 혁신을 자랑합니다.

뿐만 아니라 바다거미는 놀라운 재생 능력도 가지고 있습니다."라고 빈 대학교 진화생물학과의 마지막 저자인 게오르크 브레네이스는 설명합니다. 그는 "이제 유전체와 발생 과정의 유전자 활동에 대한 포괄적인 데이터 세트를 확보했으므로, 이러한 모든 측면을 분자 수준에서 체계적으로 연구할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

연구진은 새로운 참조 유전체를 이용해 협각류의 유전자 조절, 발달, 재생에 대한 추가 연구를 진행할 예정이며, 이를 통해 이 그룹의 진화적 성공을 뒷받침하는 과정을 더 잘 이해하고자 합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250706230313.htm