정답
(1) 후성유전(에피제네틱) 조절, (2) G+C 함량이 더 높은 것은 B 프라이머, (3) miRNA 유전자 X의 표적유전자는 B이다.
출제 의도
프로모터 메틸화처럼 DNA 염기서열 변화 없이 발현이 달라지는 조절을 ‘후성유전’으로 연결하고, qPCR에서 Tm과 염기조성의 관계로 프라이머의 G+C 함량을 추론하며, miRNA 발현 변화와 표적 유전자 발현 변화의 역상관을 근거로 표적을 판별하는 문제이다.
풀이 과정
자료에서 어린 잎에서는 X 프로모터가 메틸화되지 않아 X가 발현되고, 노화된 잎에서는 프로모터가 메틸화되어 X가 발현되지 않는다. 이처럼 DNA 염기서열 변화 없이(메틸화 같은) 화학적 표지가 유전자 발현을 바꾸는 현상은 후성유전(에피제네틱) 조절이다.
실험 과정 (나)에서 “B에 특이적인 프라이머와 D에 특이적인 프라이머의 길이는 같고, Tm 값은 B 프라이머가 더 높다”고 했다. 일반적으로 G≡C 결합(3개의 수소결합)이 A=T 결합(2개의 수소결합)보다 안정하므로, G+C 함량이 높을수록 이중가닥이 더 잘 안정화되어 Tm이 더 높아진다. 따라서 G+C 함량이 더 높은 것은 B 프라이머이다.
이제 X의 표적 유전자가 B인지 D인지 판단한다. miRNA는 일반적으로 표적 mRNA의 분해(또는 번역 억제)를 유도하므로, miRNA가 많이 발현되는 조건에서는 표적 유전자의 mRNA 양이 감소하고, miRNA가 발현되지 않는 조건에서는 표적 유전자의 mRNA 양이 증가하는 ‘역상관’이 나타난다.
실험 결과에서 액틴 유전자의 발현량은 어린 잎과 노화된 잎에서 동일하므로(내부 대조), 각 유전자의 곡선이 액틴에 비해 더 빨리 올라가면 발현량이 더 많고, 더 늦게 올라가면 발현량이 더 적다고 해석한다.
그래프 I(유전자 B)는 어린 잎에서 유전자 B의 증폭이 액틴보다 늦게 나타나 발현이 상대적으로 낮고, 노화된 잎에서는 유전자 B의 증폭이 액틴보다 더 이르게 나타나 발현이 상대적으로 높다. 즉 B는 “어린 잎에서 낮고 노화된 잎에서 높다.”
반면 그래프 II(유전자 D)는 어린 잎에서 유전자 D가 상대적으로 높고, 노화된 잎에서 상대적으로 낮다.
X는 어린 잎에서 발현되고 노화된 잎에서 발현되지 않으므로, X의 표적은 “어린 잎에서 낮고(억제됨), 노화된 잎에서 높아지는(억제가 풀림)” 유전자여야 한다. 이 패턴에 해당하는 것은 유전자 B이므로 X의 표적 유전자는 B이다.
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