Ich lese gerade aus Kapitel 15 in Principles of Life, 2nd Edition:
Viele Genduplikationen betreffen jeweils nur ein oder wenige Gene, aber in einigen Fällen können ganze Genome dupliziert werden. Wenn alle Gene dupliziert sind, gibt es enorme Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Funktionen. Genau das scheint im Laufe der Evolution der Wirbeltiere passiert zu sein. Die Genome der Wirbeltiere mit Kiefer weisen vier diploide Sätze vieler wichtiger Gene auf, was Biologen zu dem Schluss führt, dass beim Vorfahren dieser Arten zwei genomweite Duplikationsereignisse aufgetreten sind. Diese Duplikationen ermöglichten eine beträchtliche Spezialisierung einzelner Wirbeltiergene, von denen viele heute in ihrer Expression hochgradig gewebespezifisch sind.
Meine Frage ist: Wie genau ermöglicht die Vervielfältigung eines Genoms die Spezialisierung von Genen? Mit anderen Worten, wie wurde eine Kopie des Genoms „hochgradig gewebespezifisch“, nachdem Wirbeltiere eine Genomverdopplung erfahren hatten?
Bei einem Single-Copy-Gen können Mutationen einige Vitalfunktionen beeinträchtigen und sind daher oft schädlich und negativ selektiert. Unmittelbar nach einem Duplikationsereignis gibt es ein gewisses Maß an Redundanz in der Genfunktion, und Mutationen in einer Kopie, die zu neuen Phänotypen führen, werden leichter toleriert, da die angestammte Funktion durch das paraloge Gen beibehalten wird .
Etwas Lesestoff, falls Sie Lust dazu haben:
Wikipedia:
Funktionelle Divergenz ist der Prozess, durch den Gene nach einer Genduplikation ihre Funktion von einer angestammten Funktion verschieben. Funktionale Divergenz kann entweder zu einer Subfunktionalisierung führen, bei der ein Paralog eine von mehreren angestammten Funktionen spezialisiert, oder zu einer Neofunktionalisierung, bei der sich eine völlig neue funktionale Fähigkeit entwickelt.
Nach dem Genduplikationsereignis gibt es zwei identische Kopien des Ahnengens, die genau dieselbe Funktion erfüllen. Diese Redundanz ermöglicht es einem der Kopien, eine neue Funktion zu übernehmen.
Spezialisierung ist ein einzigartiges Modell der Subfunktionalisierung, bei dem Paralogs in verschiedene Spezialgebiete und nicht in Funktionen unterteilt werden. In diesem Modell erfüllen beide Genkopien genau die gleiche Ahnenfunktion. Während zum Beispiel das angestammte Gen seine Funktion in allen Geweben, Entwicklungsstadien und Umweltbedingungen erfüllt haben kann, werden die paralogen Gene zu Spezialisten, die sich auf verschiedene Gewebe, Entwicklungsstadien und Umweltbedingungen verteilen.
Das am weitesten verbreitete Modell ist, dass Orthologe langsamer divergieren und dass die Erzeugung von Paralogen durch Duplikation zu einer starken Divergenz und sogar zu einer Funktionsänderung führt.
Da Gene durch Selektion auf mehr als einer phänotypischen Ebene eingeschränkt werden können, ermöglicht die Lockerung der Einschränkungen nach der Genduplikation eine funktionelle Divergenz (FD) entlang mehrerer phänotypischer Achsen.