잡종 강세(heterosis) 또는 교잡 활력(hybrid vigor)은 서로 다른 유전적 배경을 가진 두 개체를 교배하여 얻은 잡종 자손이 부모 개체보다 생장, 생존력, 번식력, 질병 저항성 등 생물학적 특성에서 전반적으로 향상된 기능을 나타내는 현상을 말한다. 이는 근친교배로 인해 나타나는 근교약세(inbreeding depression)와 대비되는 개념이다.
어원 및 용어의 정립
잡종 강세라는 용어는 1914년 미국의 유전학자 조지 H. 슐(George H. Shull)이 제안하였다. 슐은 기존에 사용되던 '이형접합성(heterozygosis)'이라는 용어가 멘델 유전에 의한 효과로만 한정되는 것을 피하고, 유전자형의 차이가 세포 분열, 성장 및 생리적 활동을 자극하는 모든 현상을 포괄하기 위해 '헤테로시스(heterosis)'라는 신조어를 도입하였다.
유전적 기전
잡종 강세의 유전적 기초를 설명하는 두 가지 주요 가설이 존재하며, 이들은 상호 배타적이지 않다.
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우성 가설(dominance hypothesis): 1908년 찰스 대븐포트(Charles Davenport)가 처음 발표한 이 가설은, 한 부모의 바람직하지 않은 열성 대립유전자가 다른 부모의 우성 대립유전자에 의해 상쇄되기 때문에 잡종이 우월한 형질을 나타낸다고 설명한다. 근친교배 계통은 유전적 다양성 손실로 인해 많은 유전자 자리에서 유해 열성 대립유전자에 대해 동형접합성이 되기 때문에 성능이 낮아진다는 것이다.
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초우성 가설(overdominance hypothesis): 1908년 에드워드 M. 이스트(Edward M. East)와 조지 슐이 독립적으로 개발한 이 가설은, 특정 유전자 자리에서 이형접합 상태가 동형접합 상태보다 더 유리한 경우가 있다고 설명한다. 즉, 이형접합체에서 특정 유전자의 과발현이 잡종 강세를 유발한다는 것이다.
20세기 후반 이후 축적된 실험적 증거는 우성 가설이 근친교배 감소와 잡종의 높은 수확량을 설명하는 주요 기제임을 지지하고 있다. 또한 최근 연구에서는 후성유전학적 조절(히스톤 변형, microRNA 발현 변화 등)이 잡종 강세에 기여한다는 사실이 식물과 동물에서 확인되었다.
농업 및 축산에서의 활용
잡종 강세는 농업과 축산에서 실용적으로 널리 활용된다.
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옥수수: 20세기 초 윌리엄 제임스 빌, 조지 H. 슐, 에드워드 M. 이스트 등의 연구를 기반으로 잡종 옥수수가 개발되었다. 1914~1917년 도널드 F. 존스가 실용적인 이중교배 잡종 옥수수 생산 방법을 발명하였고, 이후 단일교배 잡종으로 발전하여 현대 옥수수 생산의 기반이 되었다.
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벼: 중국, 인도, 베트남 등에서 잡종 벼가 재배되며 근친교배 계통에 비해 약 20% 더 높은 수확량을 보인다. 중국에서는 전체 벼 재배 면적의 약 45%를 잡종 벼가 차지한다.
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가축: 소(앵거스와 헤리퍼드 교배), 돼지(햄프셔와 요크셔 교배), 가금류(육계 및 산란계) 등에서 잡종 강세를 이용한 교배종이 상업적으로 생산된다.
동물의 주조직 적합성 복합체(MHC)
척추동물에서 잡종 강세의 구체적인 사례로 주조직 적합성 복합체(MHC) 유전자가 있다. 유전적으로 먼 개체 간의 교배는 다양한 MHC 대립유전자를 물려받을 확률을 높여, 더 넓은 범위의 항원을 인식하고 병원체 감염에 효과적으로 대응할 수 있게 한다.
제한점
모든 교배가 잡종 강세를 초래하는 것은 아니다. 잡종이 부모로부터 호환되지 않는 형질을 물려받으면 적합도가 감소할 수 있으며, 이를 원거리 교배 약세(outbreeding depression)라고 한다. 또한 잡종 강세라는 용어가 모든 교배종이 부모보다 '유전적으로 우월하다'는 의미로 오용되는 경우가 있으나, 이는 과학적으로 정확한 표현이 아니며 논란의 대상이 되어 왔다.
