6.15: Exportación de genes mitocondriales y cloroplastos

Una célula eucariota puede tener hasta tres tipos diferentes de sistemas genéticos: nuclear, mitocondrial y cloroplasto. Durante la evolución, los orgánulos han exportado muchos genes al núcleo; Esta transferencia aún está en curso en algunas especies de plantas. Se cree que aproximadamente el 18% del genoma nuclear de Arabidopsis thaliana se deriva del ancestro cianobacteriano del cloroplasto, y alrededor del 75% del genoma de la levadura se deriva del ancestro bacteriano de las mitocondrias. Esta exportación se ha producido independientemente de la ubicación o el tamaño del gen en el genoma de los orgánulos; En el núcleo se han encontrado genes grandes y, en algunos casos, el genoma orgánulo completo.

La transferencia de genes al núcleo se combina con la pérdida de la autonomía genética del orgánulo. Sin embargo, muchas de las proteínas codificadas por los genes exportados siguen siendo producidas por el núcleo y transportadas de vuelta al orgánulo, lo que es posible ya que los genes se modifican para ser compatibles con la maquinaria transcripcional y traduccional nuclear y sufren cambios como la adición de un promotor y un terminador. También se agrega una secuencia de destino, por lo que las proteínas resultantes se entregan al orgánulo específico. Esto también permite que el núcleo controle el suministro de estas proteínas y regule la biogénesis de los orgánulos. A veces, estos genes exportados evolucionan y realizan nuevas funciones para los orgánulos distintos de su padre. Por ejemplo, casi el 50% de los genes derivados de plastos en Arabidopsis thaliana llevan a cabo funciones no plástidas.

Hay varias teorías sobre por qué los organismos transfieren genes de los orgánulos al núcleo. Tanto las mitocondrias como los cloroplastos generan radicales libres que pueden causar mutaciones dañinas en su ADN. La transferencia de genes organelares vulnerables al núcleo puede ser una de las estrategias para protegerlos de las mutaciones. Según el principio genético de Müller, la reproducción asexual conduce a la acumulación de mutaciones deletéreas que eventualmente pueden causar la extinción de la especie. Sin embargo, una vez transferido al genoma sexual del núcleo, el gen exportado puede sufrir una recombinación sexual, lo que le ayuda a prevenir la acumulación de mutaciones dañinas.