Che cos'è la duplicazione genica?

La duplicazione genica è il processo mediante il quale viene duplicato un cromosoma o una porzione di DNA, ottenendo una copia aggiuntiva di un gene. La duplicazione genica viene anche definita duplicazione cromosomica o amplificazione genica. La duplicazione, che significa raddoppiare, si traduce in due geni identici. Uno o entrambi questi geni possono cambiare nel tempo attraverso mutazioni per creare due nuovi geni diversi.

L'acido desossiribonucleico (DNA) è unico per ogni organismo ed è lo stesso in ogni cellula che compone quell'organismo. I geni sono sezioni del DNA che determinano l'ereditarietà e sono alloggiate in sezioni del corpo note come cromosomi. Questo costituisce la composizione genetica di tutti gli organismi.

La duplicazione genica di solito si verifica a causa di un errore durante la meiosi. La meiosi si verifica solo in quelle cellule che producono cellule sessuali, come lo sperma e le uova nell'uomo. Durante la meiosi, le cellule madri con due copie dei cromosomi producono quattro cellule figlie che hanno ciascuna una sola copia di ciascun cromosoma. In questo modo, quando si verifica la riproduzione, la cellula creata dalla fusione dello sperma e dell'uovo avrà la corretta quantità di DNA.

Durante la meiosi, è probabile che si verifichino duplicazioni geniche quando i cromosomi si incrociano e si verifica una ricombinazione. I filamenti dei cromosomi possono rompersi e ricongiungersi al cromosoma opposto, in modo che le informazioni genetiche vengano spostate da un cromosoma all'altro. Se la ricombinazione è disuguale o accade con quantità diverse di DNA, può verificarsi una duplicazione.

Un altro modo in cui può verificarsi la duplicazione genica è se l'intero cromosoma viene replicato due volte. Questo errore comporterà una delle cellule figlie con una copia extra del cromosoma e tutto il materiale genetico extra. Se questa cellula si fonde con un'altra cellula durante la riproduzione, può o meno provocare uno zigote vitale.

L'ultimo modo in cui può verificarsi la duplicazione genica è attraverso la retrotrasposizione. Durante la retrotrasposizione, le sequenze di DNA vengono copiate nell'RNA e quindi nuovamente nel DNA invece di essere tradotte in proteine. Ciò si traduce in copie extra di quel DNA presenti all'interno della cellula, che possono ricongiungersi con i cromosomi già presenti. Qualsiasi gene trovato lungo queste sequenze di DNA sarà stato duplicato nel processo.

Quando si verifica la duplicazione dei geni, viene creata una copia dell'originale, che si chiama gene paralog. È possibile che entrambi o uno dei geni muti, tuttavia non è sempre così. Durante il processo di mutazione o cambiamento, i geni possono acquisire funzioni diverse rispetto al gene originale.

Il gene originale può anche mutare, formando due geni che sono diversi dal gene originale prima della duplicazione. La duplicazione genica è considerata una forza trainante nell'emergere di nuovi geni e quindi cambiamenti nei normali processi biologici. I processi di duplicazione e mutazione genetica svolgono entrambi ruoli chiave nell'evoluzione.