게놈 크기와 새로운 유전자의 진화

유전 암호의 단순한 특성에도 불구하고, 게놈 크기 측면에서는 160,000개 미만의 염기쌍인 프로테오박테리아 Candidatus Carsonella ruddii를 포함하여 알려진 가장 작은 게놈부터 약 1,500억 개의 일본 현화 식물인 Paris japonica와 같은 가장 큰 게놈에 이르기까지 상당한 차이가 있습니다.

이러한 극단적인 상황에도 불구하고 박테리아와 고세균은 일반적으로 게놈 내에 약 3,000개의 유전자를 가지고 있습니다. 원핵생물은 비암호화 염기서열이 거의 없기 때문에 이는 그들의 게놈이 진핵생물에 비해 상대적으로 작을 수 있음을 의미합니다. 또한 게놈이 작다는 것은 세포 분열의 각 라운드에서 복제할 수 있는 횟수가 적다는 것을 의미하며, 이는 빠른 증식을 위한 논리학적으로 의미가 있습니다.

진핵생물은 일반적으로 20,000개의 유전자 영역 어딘가에 있지만, 이들의 게놈은 길게 뻗은 비암호화 염기서열로 구분되어 있으며, 이는 게놈 크기가 반드시 복잡성으로 변환되는 것은 아님을 의미합니다.

파리 자포니카의 게놈은 인간 게놈의 50배가 넘을 수 있다 - 그러나 이것은 적어도 부분적으로는 방대한 양의 비암호화 염기서열과 아마도 높은 수준의 중복에 기인한다 - 반드시 더 새로운 유전자가 필요한 것은 아니다.

그렇다면 유기체는 어떻게 새로운 유전자를 진화시킬까? 대답은 일반적으로 이미 존재하는 시퀀스를 수정하는 것입니다.

새로운 유전자가 진화하기 위한 주요 자원 중 하나는 유전자 복제를 통해서입니다. 유전자를 포함하고 있는 DNA의 한 부분이 우연히 복제되었다고 상상해 보라. 이제 그 유기체는 기존 유전자의 두 번째 사본을 가지고 있다.

이러한 새로운 유전자 사본은 기능을 유지하기 위해 원본에 가해지는 제약에서 자유롭기 때문에 발산할 수 있으며, 잠재적으로 원본의 새로운 역할이나 수정된 기능을 진화시킬 수 있습니다.

새로운 유전자를 만드는 또 다른 방법은 DNA 셔플링(DNA shuffleling)인데, 이는 기존 유전자 또는 유전자 사본의 분절이 분리되어 다른 유전자의 분절과 결합하도록 이동하여 새로운 기능을 수행할 수 있는 하이브리드 유전자를 만드는 것입니다.

인트라제닉 돌연변이(Intragenic mutation) - 시간이 지남에 따라 돌연변이에 의해 도입된 유전자 염기서열의 변화는 많은 "새로운" 유전자를 설명합니다. 이 발산은 그 자체가 독립적으로 갈라지는 종이나 계통을 비교할 때 가장 두드러집니다. 일단 이러한 차이가 특정 지점을 넘어서거나, 한 유전자가 새로운 기능을 하게 되면, 그 유전자들은 완전히 다른 유전자로 분류될 수 있다.

마지막으로, 수평적 유전자 전달은 다른 개체 및 다른 종과 같은 외부 출처에서 새로운 유전자와 염기서열을 게놈으로 가져옵니다. 이러한 유형의 새로운 유전자 획득은 원핵생물과 고세균에서 가장 흔하며, 항생제 내성 유전자의 전달이 잘 알려진 예입니다.

진핵생물에서는 드물지만 여전히 유전적 참신함의 필수 원천으로 간주되며 유전 물질은 이 예의 박테리아 및 곰팡이와 같이 먼 친척 종에서 올 수도 있습니다.