Genomevolution durch Duplikation, Umlagerung und Mutation der DNA

Mutationen sind Veränderungen des Genoms, die die Grundlage für dessen Evolution bilden. Wahrscheinlich waren die ersten Lebensformen mit einer sehr kleinen Zahl von Genen ausgestattet, die für das Überleben und die Fortpflanzung notwendig waren. Unter dieser Annahme hätte die Vergrößerung des Genoms zusätzliches Erbgut für eine Erhöhung der genetischen Vielfalt bereitgestellt. In diesem Abschnitt werden wir zunächst beschreiben, wie zusätzliche Kopien des Genoms oder von dessen Teilsequenzen entstehen können, und wir möchten darlegen, wie dies in der Folge zur Evolution von Proteinen oder RNAs mit leicht abweichenden oder gänzlich neuen Funktionen beitragen kann.

Duplikation ganzer Chromosomensätze

Eine fehlerhafte Meiose kann zum Auftreten von einem oder mehreren zusätzlichen Chromosomensätzen in einer Zelle führen (Polyploidie). Obgleich die Nachkommen solcher Unfälle meistens nicht lebensfähig sind, können sie in seltenen Fällen zur Evolution von Genen beitragen. Bei einem polyploiden Organismus genügt ein Gensatz, um die unverzichtbaren, lebenserhaltenden Funktionen bereitzustellen. In den Genen der überzähligen Chromosomensätze können sich dann Mutationen ansammeln, die sich nicht auf die Lebensfähigkeit des Organismus auswirken sollten. Letztlich kann sich so aus einer Ansammlung von Mutationen über viele Generationen eine neue Art entwickeln. Dies wird insbesondere bei Pflanzen häufig beobachtet, während polyploide Tiere eher selten sind.

VERSTÄNDNISFRAGEN

• 1. Wie sind Introns, transponierbare genetische Elemente und einfache nicht codierende Sequenzen im Genom verteilt?
• 2. Erörtern Sie die Unterschiede in der Organisation der rRNA-Gene und der Globingene. Erläutern Sie für beide Fälle, welche Vorteile die Existenz einer ganzen Genfamilie für den Organismus hat.
• 3. Was wäre, wenn? Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine DNA-Sequenz entdeckt, die Ähnlichkeit mit der eines bekannten Gens hat, doch Abweichungen bei einer Reihe von Nudeotiden aufweist. Wie könnten Sie ermitteln, ob das von Ihnen gefundene .Gen" funktionell ist oder nicht?

Abbildung 21.7: Blöcke homologer Sequenzen bei Chromosomen von Mensch und Maus, DNA-Sequenzen, die großen Abschnitten des menschlichen Chromosoms Nr. 16 sehr ähnlich (homolog) sind, finden sich auf den Chromosomen 7, 8,16 und 17 von Mäusen. Dies belegt, dass diese Chromosomenstücke während der Evolution auch nach der Abspaltung von einem gemeinsamen Vorfahren zusammengeblieben sind.