Esportazione di geni mitocondriali e cloroplasti

I genomi degli organelli, come quelli dei mitocondri e dei cloroplasti, sono più piccoli di quelli dei loro antenati procariotici. Questo perché, durante l'evoluzione, la maggior parte dei loro geni, sono stati esportati al nucleo. Mentre molti altri sono stati persi prima di sviluppare un genoma mitocondriale o cloroplastico.

Questi geni esportati sono noti come integranti nucleari del DNA degli organelli. In particolare il gene dei mitocondri è un integratore nucleare del DNA mitocondriale e quelli dei cloroplasti sono integranti nucleari del DNA plasmidico. Una teoria che spiega il perché le cellule possano trasferire i geni dai mitocondri e dai cloroplasti al nucleo si basa sul fatto che le reazioni di trasferimento elettronico nei mitocondri e nei cloroplasti generano radicali liberi.

L'esportazione di questi geni riduce l'esposizione ai radicali liberi e la probabilità di mutazioni dannose. Inoltre, il nucleo ha un più efficace sistema di riparazione del DNA che rispeeto ai mitocondri o ai cloroplasti. Siccome il DNA mitocondriale e cloroplastico sono ereditati da un singolo genitore, non possono subire la ricombinazione sessuale.

Tuttavia, una volta che i geni sono incorporati nel DNA nucleare, i geni di entrambi i genitori sono ereditati. La ricombinazione sessuale consente il riarrangiamento dei geni di entrambi i genitori, che può prevenire l'accumulo di mutazioni indesiderate e può migliorare l'adattamento all'ambiente circostante. I sistemi di trascrizione e traduzione del DNA nucleare sono diversi da quelli dei mitocondri e dei cloroplasti;pertanto i geni esportati devono subire diverse modifiche per funzionare correttamente.

Questi cambiamenti includono l'inserimento di nuove sequenze di DNA per un promotore e un terminatore richiesti per una produzione appropriata di mRNA e proteine. Une sequenza target é inoltre aggiunta per dirigere il prodotto proteico ai mitocondri o ai cloroplasti. La maggior parte dei geni esportati mantentiene la propria funzione originale nei mitocondri e nei cloroplasti;tuttavia, in alcuni casi, l'evoluzione ha portato allo sviluppo di geni con nuove funzioni.