Wielkość genomu i ewolucja nowych genów

Pomimo prostej natury kodu genetycznego, istnieje znaczne zróżnicowanie pod względem wielkości genomu, od najmniejszych znanych genomów - w tym proteobacterium Candidatus Carsonella ruddii o liczbie mniejszej niż 160 tysięcy par zasad, do największych, takich jak japońska roślina kwitnąca Paris japonica o długości około 150 miliardów < / >
Pomimo tych skrajności, bakterie i archeony mają na ogół około 3000 genów w swoich genomach. Ponieważ prokariota prawie nie mają sekwencji niekodujących, oznacza to, że ich genomy mogą być stosunkowo małe w porównaniu z genomami eukariontów. Mniejsze genomy oznaczają również mniej do replikacji w każdej rundzie podziału komórki - co ma sens logistyczny dla szybkiej reprodukcji.

Eukarionty zazwyczaj mają około 20 000 genów, ale ich genomy są przerywane długimi odcinkami sekwencji niekodujących - co oznacza, że ich rozmiar genomu niekoniecznie przekłada się na złożoność.

Genom Paris japonica może być ponad pięćdziesiąt razy większy od genomu ludzkiego – ale jest to przynajmniej częściowo spowodowane ogromną ilością sekwencji niekodujących i prawdopodobnie wysokim poziomem duplikacji – niekoniecznie bardziej nowatorskimi genami.

Jak więc organizmy ewoluują nowe geny? Odpowiedzią jest zazwyczaj modyfikacja sekwencji, która już istnieje.

Jednym z głównych źródeł ewolucji nowych genów jest duplikacja genów. Wyobraźmy sobie, że fragment DNA zawierający gen zostaje przypadkowo zduplikowany. Teraz organizm ma drugą kopię istniejącego genu.

Takie nowe kopie genów są wolne od ograniczeń nałożonych na oryginał w celu utrzymania funkcji, a więc mogą się rozchodzić - potencjalnie ewoluując nową rolę lub zmodyfikowaną funkcję oryginału.

Innym sposobem tworzenia nowych genów jest tasowanie DNA - gdzie segmenty istniejącego genu lub kopii genu są oddzielane i przenoszone, aby dołączyć do segmentów innego genu - tworząc gen hybrydowy, który może przejąć nową funkcję.

Mutacja wewnątrzgenowa - zmiany w sekwencji genów wprowadzone przez mutacje w czasie, odpowiadają za wiele "nowych" genów. Ta rozbieżność jest najbardziej zauważalna, gdy porównuje się gatunki lub linie, które same rozchodzą się niezależnie. Gdy ta rozbieżność przekroczy pewien punkt lub jeden gen zacznie pełnić nową funkcję, można je sklasyfikować jako zupełnie inne geny.

Wreszcie, horyzontalny transfer genów wprowadza do genomu nowe geny i sekwencje ze źródeł zewnętrznych - takich jak inne osobniki, a nawet inne gatunki. Ten rodzaj nowego nabywania genów jest najbardziej powszechny u prokariontów i archeonów, a dobrze znanym przykładem jest transfer genów oporności na antybiotyki.

Chociaż jest rzadki u eukariontów, nadal jest uważany za istotne źródło nowości genetycznej, a materiał genetyczny może nawet pochodzić z odległych gatunków spokrewnionych, takich jak bakterie i grzyby w tym przykładzie.