Question 1

Was ist Genduplikation und wie tritt sie in Genomen auf?

Accepted Answer

Genduplikation ist ein Prozess, bei dem eine DNA-Region, die für ein Gen kodiert, dupliziert wird und zusätzliche Kopien innerhalb desselben Genoms erzeugt. Die Duplikation kann durch ungleiche Crossing-over während der Meiose, Replikationsverschiebung, bei der sich die DNA-Polymerase dissoziiert und falsch neu ausrichtet, oder Retrotransposition entstehen, bei der mRNA in DNA-Kopien, sogenannte Retrogene, rücktranskribiert wird, die sich wieder in das Genom einfügen.

Question 2

Was sind Paraloge und wie stehen sie in Beziehung zu Genfamilien?

Accepted Answer

Paraloge sind duplizierte Kopien von Genen mit ähnlichen Sequenzen und Funktionen. Wenn Paraloge genug Ähnlichkeit aufweisen, bilden sie eine Genfamilie. Genfamilien sind über verschiedene Spezies hinweg weit verbreitet; zum Beispiel hat die Trypsin-Genfamilie in D. melanogaster über 111 Mitglieder, während die olfaktorische Rezeptor-Genfamilie bei Säugetieren etwa 1000 Mitgliedsgene enthält.

Question 3

Wie unterscheidet sich Sub-Funktionalisierung von Neo-Funktionalisierung nach Genduplikation?

Accepted Answer

Sub-Funktionalisierung tritt auf, wenn beide Paraloge Mutationen in verschiedenen Proteindomänen erwerben und so die ursprüngliche Genfunktion zwischen ihnen aufteilen, während ihre Proteinprodukte sich gegenseitig ergänzen. Neo-Funktionalisierung geschieht, wenn ein Paralog neuartige Mutationen erwirbt, die zu einer neuen Genfunktion führen, während der andere die ursprüngliche Funktion beibehält, wie man es bei der Evolution des fötalen β-Globins beobachten kann.

Question 4

Was ist ein Pseudogen und wie entsteht es durch Genduplikation?

Accepted Answer

Ein Pseudogen ist eine nichtfunktionelle Kopie eines Gens, die entsteht, wenn ein Paralog nach der Verdoppelung schädliche Mutationen erwirbt. Pseudogene entstehen häufig durch Retrotransposition, bei der eingefügte Retrogene keine Promotoren und regulatorischen Elemente aufweisen, die für die Transkription notwendig sind, was dazu führt, dass sie im Laufe der Zeit ihre Funktion verlieren.

Question 5

Wie hat die Hämoglobin-Evolution die Subfunktionalisierung bei Wirbeltieren demonstriert?

Accepted Answer

Bei primitiven Fischen und Meerestieren codierte ein einzelnes Globin-Gen sauerstofftragende Proteine. Während der Evolution duplizierte sich das Globin-Gen und subfunktionalisierte sich in α-Globin- und β-Globin-Gene. Diese Proteine assoziieren sich zu Hämoglobin mit vier Untereinheiten, die in modernen Wirbeltieren vorkommen, wobei jedes Protein das andere ergänzt, um die Sauerstofftransportfunktion aufrechtzuerhalten.

Question 6

Welche Rolle spielte die Genduplikation bei der Evolution des Farbsehens bei Primaten?

Accepted Answer

Frühe Primaten hatten dichromatisches Sehen durch Blaue und Grüne Opsin-Gene. Das Grüne Opsin-Gen duplizierte sich später und neo-funktionalisierte sich zu einem neuartigen Roten Opsin-Gen. Arten, die sich nach dieser Duplikation entwickelten, einschließlich der Affen der Alten Welt, Menschenaffen und Menschen, gewannen drei Opsin-Gene, die ein dreifarbiges Sehen ermöglichten.

Question 7

Was ist eine ganze-Genom-Verdopplung und wie unterscheidet sie sich von der Verdopplung eines einzelnen Gens?

Accepted Answer

Die ganze-Genom-Verdopplung tritt auf, wenn sich ganze Chromosomen oder Genome verdoppeln, oft durch Fehlschläge bei der Chromosomentrennung während der Meiose. Im Gegensatz zur Einzelgenverdopplung erzeugt dies mehrere Kopien aller Gene gleichzeitig. Zum Beispiel haben sich Weizengenome sechsmal verdoppelt und einen hexaploiden Organismus mit mehreren Chromosomensätzen geschaffen.

Gen-Duplikation und Divergenz

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