Genduplicatie

Een recent onderzoek toont aan dat het antivriesgen in een Antarctische vis (de puitaal) voortkomt uit de duplicatie van een gen voor een enzyme dat siaalzuur produceert (SAS), een stof die eiwitten beschermt tegen proteasen. Ook in planten is genduplicatie aangetoond.

Genduplicatie is een belangrijk evolutionair mechanisme dat aan de basis staat van het ontstaan van nieuwe genetische functies. Susumo Ohno schreef er een boek over met de

Genduplicatie uit Wikipedia

titel Evolution by gene duplication (1970). Genduplicatie kan een gevolg zijn van een fout in homologe recombinatie, een fenomeen dat gedurende de meiose en tijdens de reparatie van DNA kan plaatsvinden. Gedurende meiose worden gedeelten van homologe chromosomen uitgewisseld. Is deze uitwisseling niet geheel wederzijds dan kunnen deze chromosomen een heel nieuw gen of gencluster erbij krijgen. Hetzelfde kan zich ook voordoen tijdens reparatie van DNA, waarbij de intacte kopie van het homologe chromosoom als sjabloon dient voor de reparatie van het defecte chromosoom. Ook hier geldt dat wanneer er daarbij iets fout gaat er genduplicaties kunnen ontstaan. Dit mechanisme van genduplicatie is het gevolg van een fout, maar aangezien het verantwoordelijk is voor een zeer belangrijk aspect van de ontwikkeling van het genoom moet het als een volwaardig mechanisme van evolutie beschouwd worden. De nieuwe kopie is nu vrij te muteren zonder dat de oude functie van de originele kopie verloren gaat.

Puitaal

De studie van genduplicatie bij de puitaal laat zien dat het antivriesgen (AFPIII) evolueerde uit een SAS-gen dat als gevolg van genduplicatie in twee kopieën aanwezig was. Dit bevrijdde de kopie uit het adaptieve conflict. Dit conflict doet zich voor wanneer een gen door mutatie een nieuwe functie erbij krijgt en de oude, misschien wel essentiële functie dreigt te verliezen. Wordt het muterende gen daarentegen gedupliceerd dan kan één van de twee kopieën de nieuwe functie ontwikkelen. Het SAS-gen heeft zowel een enzymatische als antivriesfunctie, maar wordt niet door de cel uitgescheiden. Een extra peptide in het eiwit dat door het AFPIII-gen geproduceerd wordt, zorgt ervoor dat dit antivries-eiwit ook in het bloed en in de extracellulaire vloeistof terecht komt.

Ook in planten werd een analoog geval van genduplicatie ontdekt. De onderzoekers baseren zich daarbij op syntenie: eventuele genduplicaties bevinden zich in hetzelfde

grote leeuwenbek

gebied van een chromosoom. Twee genen respectievelijk het AGAMOUS (AG) gen van de zandraket Arabidopsis thaliana en het PLENA (PLE) gen van de grote leeuwenbek, Antirrhinum majus hebben een analoge functie. Muteren deze genen dan worden meeldraden en stampers vervangen door bloembladen en kelkbladen en vormen zich dubbele bloemen. Analyse van de syntenie toont aan dat deze twee genen voortkomen uit een genduplicatie die zich 125 miljoen jaar geleden voordeed.

Uit: PNAS, Wikipedia, Physorg.com (antivries), Physorg.com (planten)