O Tamanho do Genoma e a Evolução de Novos Genes

Apesar da natureza simples do código genético, há uma variação considerável em termos do tamanho do genoma, do menor genoma conhecido, incluindo a proteobacteria Candidatus Carsonella ruddii com menos de 160, 000 pares base, aos maiores, como a planta de flores japonesa Paris japonica com cerca de 150 bilhões. Apesar destes extremos, bactérias e archaea geralmente têm cerca de 3, 000 genes dentro de seus genomas. Porque os procariotas têm quase nenhuma sequência de não codificação, isto significa que seus genomas podem ser relativamente pequenos comparados com aqueles de eucariotas.

Genomas menores também significa menos para replicar em cada ronda de divisão de célula, que faz sentido logístico para uma reprodução rápida. Eucariotas tipicamente tem algo próximo do número de 20, 000 genes, mas seus genomas são pontuados por longos períodos da sequência de não codificação, significando que em genoma, o tamanho não necessariamente traduz para complexidade. O genoma da Paris japonica pode ser mais de 50 vezes o tamanho do genoma humano, mas isso é devido pelo menos em parte pela vasta quantidade de sequências de não codificação e provavelmente alto nível de duplicação, não necessariamente mais genes novos.

Então como os organismos desenvolvem novos genes? A resposta é geralmente modificando a sequência que já existe. Um dos principais recursos para que novos genes evoluam é através da duplicação de genes.

Imagine uma seção de DNA contendo um gene é acidentalmente duplicado. Agora o organismo tem uma segunda cópia de um gene existente. Estas novas cópias genéticas são livres das restrições colocadas na original para manter a função.

E assim eles podem divergir, potencialmente desenvolvendo uma nova função ou uma diferente da função original. Outra forma de criar um novo gene são recombinações do DNA, onde segmentos de um gene existente ou cópia gênica são separados e movem-se para aderir os de um gene diferente, fazendo um gene híbrido que pode assumir uma nova função. Mutação intragênica, as alterações numa sequência genética introduzida por mutações ao longo do tempo, é responsável por muitos novos genes.

Esta divergência é mais percetível ao comparar espécies ou linhagens que são divergentes, independentemente. Uma vez que esta divergência vai além de um determinado ponto ou um gene assume uma nova função. Eles podem ser classificados como genes diferentes inteiramente.

Finalmente, a transferência genética horizontal traz um novo gene ou sequências genes para o genoma de fontes externas, como outros indivíduos e mesmo outras espécies. Este tipo de nova aquisição genética é o mais comum dentro procariotas e archaea com a transferência de genes de resistência aos antibióticos sendo um exemplo bem conhecido. Enquanto raro em eucariotas, ainda é considerada como fonte essencial de novidade genética.

E material genético pode até vir de espécies distalmente relacionadas, como as bactérias e fungos neste exemplo.