ゲノムサイズと新遺伝子の進化

遺伝暗号の単純な性質にもかかわらず、ゲノムサイズの点では、16万塩基対未満のプロテオバクテリウムCandidatus Carsonella ruddiiを含む最小の既知のゲノムから、約1,500億の日本の顕花植物パリジャポニカのような最大のゲノムまで、かなりのバリエーションがあります

これらの極端な違いにもかかわらず、細菌や古細菌は一般的にゲノム内に約3,000の遺伝子を持っています。原核生物はノンコーディング配列をほとんど持たないため、真核生物に比べてゲノムが比較的小さい可能性があります。また、ゲノムが小さいということは、細胞分裂の各ラウンドで複製する量が少なくなるということであり、これは迅速な複製のためにロジスティック的に理にかなっています。

真核生物は通常、20,000個の遺伝子を持っていますが、そのゲノムは長いノンコーディング配列によって中断されているため、ゲノムサイズが必ずしも複雑さにつながるわけではありません。

パリス・ジャポニカのゲノムは、ヒトゲノムの50倍以上の大きさであるかもしれないが、これは少なくとも部分的には、膨大な量の非コード配列とおそらく高レベルの重複によるものであり、必ずしも新しい遺伝子が多いわけではない。

では、生物はどのようにして新しい遺伝子を進化させるのでしょうか?その答えは、通常、すでに存在するシーケンスを変更することです。

新しい遺伝子が進化するための主要なリソースの1つは、遺伝子の重複によるものです。遺伝子を含むDNAの一部が誤って複製されたと想像してみてください。これで、生物は既存の遺伝子の2番目のコピーを持っています。

このような新しい遺伝子コピーは、機能を維持するためにオリジナルに課せられた制約から解放されるため、分岐することができ、新しい役割やオリジナルの変更された機能を進化させる可能性があります。

新しい遺伝子を作成する別の方法は、DNAシャッフル(既存の遺伝子または遺伝子コピーのセグメントを分離して移動させ、別の遺伝子のセグメントを結合させる)であり、新しい機能を担うことができるハイブリッド遺伝子を作成します。

遺伝子内突然変異 - 突然変異によってもたらされる遺伝子配列の変化は、多くの「新しい」遺伝子の原因となります。この相違は、それ自体が独立して分岐している種や系統を比較するときに最も顕著です。この分岐が特定のポイントを超えると、または1つの遺伝子が新しい機能を持つようになると、それらはまったく異なる遺伝子として分類される可能性があります。

最後に、遺伝子の水平導入は、他の個体や他の種などの外部ソースからゲノムに新しい遺伝子と配列を取り込みます。このタイプの新規遺伝子獲得は、原核生物と古細菌で最も一般的であり、抗生物質耐性遺伝子の移植はよく知られた例です。

真核生物では珍しいですが、それでも遺伝的新規性の不可欠な源であると考えられており、遺伝物質は、この例の細菌や真菌などの遠縁種からも得られる可能性があります。