Co to jest powielanie genów?
Duplikacja genu to proces, w którym chromosom lub część DNA jest duplikowana, co skutkuje dodatkową kopią genu. Duplikacja genów jest również określana jako duplikacja chromosomów lub amplifikacja genów. Duplikacja, co oznacza podwojenie, prowadzi do dwóch identycznych genów. Jeden lub oba z tych genów mogą zmieniać się w czasie przez mutacje, tworząc dwa nowe różne geny.
Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) jest unikalny dla każdego organizmu i jest taki sam w każdej komórce wchodzącej w skład tego organizmu. Geny to fragmenty DNA, które określają dziedziczność i są umieszczone w sekcjach ciała zwanych chromosomami. To składa się na genetyczny skład wszystkich organizmów.
Duplikacja genów zwykle występuje z powodu błędu podczas mejozy. Mejoza występuje tylko w tych komórkach, które produkują komórki płciowe, takie jak plemniki i jaja u ludzi. Podczas mejozy komórki macierzyste z dwiema kopiami chromosomów wytwarzają cztery komórki potomne, z których każda ma tylko jedną kopię każdego chromosomu. Dzieje się tak, gdy po rozmnażaniu komórka utworzona przez połączenie nasienia i komórki jajowej będzie miała odpowiednią ilość DNA.
Podczas mejozy duplikacja genów może się zdarzyć, gdy chromosomy się skrzyżują i nastąpi rekombinacja. Nici chromosomów mogą pękać i łączyć się z przeciwległym chromosomem, tak że informacja genetyczna jest przenoszona z jednego chromosomu na drugi. Jeśli rekombinacja jest nierówna lub dzieje się to przy różnych ilościach DNA, może dojść do duplikacji.
Innym sposobem na duplikację genu jest dwukrotna replikacja całego chromosomu. Ten błąd spowoduje, że jedna z komórek potomnych będzie miała dodatkową kopię chromosomu i cały dodatkowy materiał genetyczny. Jeśli komórka ta połączy się z inną komórką podczas reprodukcji, może, ale nie musi, dać żywotną zygotę.
Ostatnim sposobem na duplikację genu jest retrotranspozycja. Podczas retrotranspozycji sekwencje DNA są kopiowane do RNA, a następnie z powrotem do DNA zamiast przekształcane w białka. Powoduje to, że dodatkowe kopie tego DNA są obecne w komórce, które mogą ponownie połączyć się z chromosomami, które są już obecne. Wszelkie geny znalezione wzdłuż tych sekwencji DNA zostaną zduplikowane w tym procesie.
Kiedy dochodzi do duplikacji genu, tworzona jest kopia oryginału, która nazywa się genem paralogowym. Możliwe jest, że oba geny lub jeden z nich będą mutować, jednak nie zawsze tak jest. Podczas procesu mutacji lub zmiany geny mogą uzyskać funkcje inne niż gen oryginalny.
Oryginalny gen może również mutować, tworząc dwa geny, które różnią się od oryginalnego genu przed duplikacją. Duplikacja genów jest uważana za siłę napędową pojawiania się nowych genów, a tym samym zmian w normalnych procesach biologicznych. Zarówno procesy duplikacji, jak i mutacji genów odgrywają kluczową rolę w ewolucji.