Gen duplicatie
Genverdubbeling (of genamplificatie) is elke verdubbeling van een DNA-gebied dat een gen bevat.
Genverdubbeling is belangrijk voor de levering van ruw genetisch materiaal - nieuwe genen - aan de biologische evolutie. Dit wordt al sinds de jaren dertig onderkend. Recente genomische sequentiegegevens tonen aan dat duplicatie van genen veel voorkomt in alle onderzochte organismen.
Schema van een gebied van een chromosoom voor en na een duplicatiegebeurtenis
Oorsprong
In de klassieke genetica kan het voorkomen als een fout in de kruising tijdens de meiose, of de verdubbeling van een heel chromosoom.
In de niet-klassieke genetica kan het gebeuren door een retrotranspositie.
Implicaties
De tweede kopie van het gen is vaak relatief vrij van selectieve druk. Mutaties ervan hebben geen schadelijke gevolgen voor het gastorganisme. Zo accumuleert het sneller mutaties dan een functioneel gen met één kopie, gedurende generaties.
Een duplicatie is het tegenovergestelde van een deletie. Duplicaties ontstaan door ongelijke kruising die tijdens de meiose plaatsvindt tussen verkeerd uitgelijnde homologe chromosomen. Het resultaat van deze recombinatie is een duplicatie op de plaats van de uitwisseling en een wederzijdse deletie.
Evolutionair belang
Aangenomen wordt dat duplicatie van genen een belangrijke rol speelt in de evolutie; dit idee werd 100 jaar geleden voor het eerst geopperd. Susumu Ohno was een van de beroemdste ontwikkelaars van deze theorie in zijn klassieke boek Evolution by gene duplication (1970). Ohno stelde dat genduplicatie de belangrijkste evolutionaire kracht is sinds het ontstaan van de laatste universele gemeenschappelijke voorouder (LUCA).
Grote genoomduplicaties zijn niet ongewoon. Aangenomen wordt dat het gehele gistgenoom ongeveer 100 miljoen jaar geleden werd gedupliceerd. Planten zijn de meest productieve genoomduplicatoren. Tarwe bijvoorbeeld is hexaploïde (een soort polyploïde), wat betekent dat het zes kopieën van zijn genoom heeft.
Normaal gesproken wordt een grote verandering in de genfunctie tegengehouden omdat de oorspronkelijke functie nodig is, maar na een duplicatie zet één gen de oorspronkelijke functie voort. Daarom is een functieverandering in het tweede exemplaar mogelijk zonder verlies van fitness. Deze vrijheid van gevolgen maakt het mogelijk dat meer mutaties in de populatie worden "gedragen". Sommige daarvan kunnen de fitness van het organisme verhogen of coderen voor een nieuwe functie.
De twee genen die bestaan na een genverdubbeling worden paralogen genoemd en coderen gewoonlijk voor eiwitten met een soortgelijke functie en/of structuur. Daarentegen zijn orthologe genen genen die coderen voor eiwitten met soortgelijke functies maar die in verschillende soorten voorkomen, en ontstaan door soort-splitsing.
