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(2025 연세대 기출 변형 문제 및 해설-17)     

교차(crossing over)는 유성 생식 과정에서 유전적 다양성을 증가시키는 중요한 메커니즘입니다. 교차는 감수분열의 제1분열 전기(Prophase I)에서 발생합니다. 다음 질문에 대해 논술하시오.

1. 교차(crossing over) 과정이 무엇인지 설명하고, 이 과정이 감수분열의 어느 단계에서 발생하는지 구체적으로 논하시오.

2. 교차 과정에서 일어나는 주요 사건들을 설명하고, 이 과정이 유전적 다양성을 어떻게 증가시키는지 논하시오.

3. 교차가 발생하지 않을 경우, 감수분열 결과와 유전적 다양성에 어떤 영향이 미칠지 설명하시오.

4. 교차 과정이 유전적 질병이나 이상을 유발할 수 있는 경우에 대해 설명하고, 이러한 경우가 생길 수 있는 원인과 결과를 논하시오.

해설지

1. 교차(crossing over) 과정과 발생 단계

• 교차 과정:
  • 교차는 상동 염색체 쌍 사이에서 염색체의 일부가 서로 교환되는 과정입니다. 이 과정은 감수분열(Meiosis)의 제1분열 전기(Prophase I) 동안 발생합니다.
• 발생 단계:
• 감수분열의 Prophase I은 교차가 일어나는 단계로, 이 시기에 상동 염색체가 접합하여 쌍을 이룹니다. 이 접합을 통해 두 염색체가 아주 가까이에서 나란히 배열되고, 그 위치에서 서로 다른 염색체의 일부가 교환됩니다. 이 과정은 염색체의 특정 부분에서 일어나며, 교차가 일어난 후에는 염색체의 유전적 구성이 바뀌게 됩니다.

2. 교차 과정의 주요 사건과 유전적 다양성의 증가

• 주요 사건:
  • 교차는 Synapsis라고 불리는 상동 염색체의 접합으로 시작됩니다. Synapsis 동안, 두 상동 염색체의 각 염색분체 사이에서 크로스오버(Crossover)라는 교환 사건이 발생합니다. 이 교환이 일어나면, 상동 염색체는 교차된 부분에서 유전 물질을 주고받습니다.
• 유전적 다양성의 증가:
• 교차는 부모로부터 받은 유전 정보를 새롭게 조합하여 자손의 유전적 다양성을 크게 증가시킵니다. 이는 자손이 부모와 다르며, 형제자매 간에도 서로 다른 유전자 조합을 가지게 하는 중요한 기전입니다. 따라서, 교차는 자연 선택과 진화에 있어 중요한 역할을 합니다.

3. 교차가 발생하지 않을 경우의 영향

• 감수분열 결과:
  • 교차가 발생하지 않으면, 감수분열 후 생성된 생식세포(예: 정자와 난자)는 부모의 유전자를 거의 동일하게 유지하게 됩니다. 즉, 교차가 없을 경우 유전적 다양성이 크게 줄어들게 됩니다.
• 유전적 다양성 감소:
• 교차가 없으면 유전자 조합이 제한되며, 이는 자손이 부모의 유전 정보를 거의 그대로 물려받게 됩니다. 이는 환경 변화에 대한 적응력이 떨어지며, 특정 질병이나 이상이 세대를 통해 그대로 전달될 가능성이 커집니다.

4. 교차 과정과 유전적 질병 및 이상

• 유전적 질병 및 이상:
  • 교차 과정에서 비정상적인 사건이 발생하면, 유전적 질병이나 염색체 이상을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 교차 과정에서 비정상적인 재배열이 일어나거나, 상동 염색체가 올바르게 분리되지 않으면, 특정 유전자에 결실이 생기거나 중복이 발생할 수 있습니다.
• 원인과 결과:
  • 잘못된 교차는 특정 유전적 질환을 일으킬 수 있으며, 다운증후군과 같은 염색체 이상이 대표적인 예입니다. 이러한 경우는 감수분열 과정에서 오류가 발생한 결과이며, 자손이 비정상적인 염색체 수를 가지게 됩니다. 이러한 유전적 이상은 자손의 생리적, 발달적 문제를 초래할 수 있습니다.