Confronto tra genomi mitocondriali, cloroplasti e procariotici

Le cellule predatrici primitive, hanno fagocitato i batteri, che successivamente si sono evoluti in mitocondri, formando le cellule eucariotiche. Anche cianobatteri fotosintetici formarono relazioni simbiotiche con alcune di queste cellule eucariotiche e si evolsero infine nel cloroplasto. I genomi mitocondriali e cloroplasti attuali sono il risultato di questi genomi procariotici ancestrali.

Rispetto ai genomi mitocondriali, i genomi dei procarioti attuali sono grandi, come in Escherichia coli, che contiene circa 5 milioni di coppie di basi e quasi 5, 000 geni. Il genoma mitocondriale umano è lungo quasi 17, 000 coppie di basi e contiene 37 geni, mentre il genoma mitocondriale di Arabidopsis thaliana, una pianta floreale, ha oltre 350, 000 coppie di basi ma contiene solo 57 geni. Rispetto ai genomi cianobatterici attuali come il genoma di synecocystis, che ha circa 3.5 milioni di coppie di basi e trasporta circa 3, 200 geni, il genoma del cloroplasto tra le piante terrestri, ha fino a 200, 000 coppie di basi e contiene da 120 a 135 geni.

Anche se sono molto più piccoli, sia i genomi mitocondriali che quelli dei cloroplasti sono simili al genoma procariotico in diversi modi. Il loro DNA non si associa con le proteine istoniche ed è di solito circolare e a doppio filamento, simile a quello dei plasmidi batterici. Rispetto al genoma mitocondriale, il genoma cloroplastico assomiglia molto di più al genoma procariotico.

Sia cloroplasto che i genomi procariotici hanno sequenze di DNA molto simili per promotori e terminatori di trascrizione. Inoltre, i genomi mitocondriali animali sono generalmente più piccoli del genoma mitocondriale nelle piante, poiché sia i genomi mitocondriali dei cloroplasti che quelli vegetali hanno introni che sono assenti nella maggior parte dei genomi mitocondriali animali.