ミトコンドリア遺伝子と葉緑体遺伝子の輸出

ミトコンドリアと葉緑体の両方に存在するオルガネラゲノムは、原核生物の祖先のゲノムよりも小さい。これは、進化の過程で、それらの遺伝子の大部分が核に輸出され、他の多くの遺伝子はミトコンドリアまたは葉緑体のゲノムに発達する前に失われたためです。

具体的には、ミトコンドリアの遺伝子はミトコンドリアDNAの核統合体であり、葉緑体からの遺伝子は色素体DNAの核統合体です。

細胞がミトコンドリアや葉緑体から核に遺伝子を移す理由の一つは、ミトコンドリアや葉緑体の電子移動反応が突然変異を引き起こすフリーラジカルを生成するというものです。これらの遺伝子の輸出は、フリーラジカルへの曝露と有害な突然変異の可能性を減らします。

さらに、核はミトコンドリアや葉緑体よりも効果的なDNA修復システムを持っています。

ミトコンドリアDNAと葉緑体DNAは片親からのみ受け継がれるため、性組換えはできません。しかし、遺伝子が核DNAに取り込まれると、両親の遺伝子が遺伝します。

性組換えは、両親の遺伝子の再配列を可能にし、望ましくない突然変異の蓄積を防ぎ、周囲の環境への適応を改善することができます。

核DNAの転写および翻訳機構は、ミトコンドリアや葉緑体のものとは異なるため、輸出された遺伝子は、適切に機能するためにいくつかの修飾を受ける必要があります。

これらの変更には、適切なmRNAおよびタンパク質産生に必要なプロモーターとターミネーターのための新しいDNA配列の挿入が含まれます。また、タンパク質産物をミトコンドリアまたは葉緑体に誘導するためのターゲティング配列も追加されます。

輸出された遺伝子のほとんどは、ミトコンドリアや葉緑体で本来の機能を保持していますが、場合によっては、新しい機能を持つ遺伝子が開発されています。