Размер генома и эволюция новых генов

Хотя каждый живой организм имеет тот или иной геном (будь то РНК или ДНК), размеры этих чертежей существенно различаются. Одним из основных факторов, влияющих на размер генома, является то, является ли организм прокариотическим или эукариотическим. У прокариот геном практически не содержит некодирующих последовательностей, поэтому гены плотно сгруппированы в группы или опероны последовательно вдоль хромосомы. И наоборот, гены эукариот отмечены длинными участками некодирующей последовательности. В целом, это способствует тому, что геномы прокариот в среднем меньше (т.е. содержат меньше оснований), чем геномы эукариот.

Неудивительно, что, учитывая это наблюдение, самые маленькие известные геномы принадлежат в основном прокариотам. Например, Candidatus Carsonella rudii представляет собой сильно упрощенную протеобактерию, размер генома которой составляет всего 160 тысяч пар оснований. Потеряв множество генов, необходимых для синтеза жизненно важных белков, он превратился в облигатного внутриклеточного симбионта. На противоположном конце спектра находится эукариотное японское цветковое растение Paris japonica, имеющее один из крупнейших известных геномов: около 150 миллиардов пар оснований. Хотя количество генов, которые он кодирует, неизвестно, в геноме обнаружено огромное количество дупликаций и некодирующих последовательностей.

В геноме среднестатистического прокариота имеется около 3 000 генов. У среднего эукариота их около 20 000. Но размер генома, особенно у эукариот, сильно варьируется – во многом из-за количества некодирующих последовательностей.

Создание новых генов

Для разработки новых генов у организмов есть несколько основных вариантов. Единственное, что объединяет большинство из них, это то, что они изменяют уже существующие последовательности.

Дупликация играет важную роль в создании новых генов, и существует несколько типов дупликации, которые могут привести к образованию новых последовательностей. При дупликации гена дублируется участок ДНК, содержащий ген. Эта вторая копия не сталкивается с давлением отбора, которое ограничивает первую, и поэтому может расходиться. Со временем это может привести к эволюции новых генов с новыми ролями.

Другой тип дупликации — перетасовка ДНК — может привести к дублированию только части гена и присоединению к другому гену. Это может привести к созданию новых генов и новых продуктов.

Иногда новые гены просто развиваются в результате накопленных с течением времени мутаций. Это известно как внутригенная мутация и наиболее заметно при сравнении видов или расходящихся популяций.

Наконец, также возможно получать новые гены из внешних источников с помощью процесса, известного как горизонтальный перенос генов. Это означает, что генетический материал может быть получен от других особей, иногда принадлежащих к тому же виду, но также потенциально и от совершенно другого вида. Это частый источник новых генов у прокариот и архей. Это менее распространено у эукариот, но было доказано, что оно встречается, и эукариоты могут даже получать генетическую информацию из таких отдаленных источников, как бактерии или грибы.