6.15: 线粒体和叶绿体基因的出口

细胞器基因组，例如线粒体和叶绿体中的基因组，比其原核祖先的基因组小。这是因为，在进化过程中，它们的大部分基因被输出到细胞核，而许多其他基因在发育成线粒体或叶绿体基因组之前就丢失了。

这些输出的基因被称为细胞器 DNA 的核整合子。具体来说，来自线粒体的基因是线粒体 DNA 的核整合子，来自叶绿体的基因是质体 DNA 的核整合子。

关于细胞为什么可以将基因从线粒体和叶绿体转移到细胞核的一种理论是，线粒体和叶绿体中的电子转移反应会产生引起突变的自由基。这些基因的输出减少了暴露于自由基和有害突变的可能性。

此外，细胞核具有比线粒体或叶绿体更有效的 DNA 修复系统。

由于线粒体和叶绿体 DNA 仅遗传自单亲，因此它们不能进行有性重组。然而，一旦基因被整合到核 DNA 中，父母双方的基因就会遗传。

有性重组允许来自父母双方的基因重排，这可以防止不需要的突变的积累，并可以提高对周围环境的适应。

核 DNA 的转录和翻译机制与线粒体和叶绿体的转录和翻译机制不同;因此，输出的基因必须经过多次修饰才能正常运作。

这些变化包括插入正常生产 mRNA 和蛋白质所需的启动子和终止子的新 DNA 序列。还添加了靶向序列以将蛋白质产物引导至线粒体或叶绿体。

大多数输出的基因在线粒体和叶绿体中保留了其原始功能。然而，在某些情况下，它导致了具有新功能的基因的发展。