1.12 : Genome Size and the Evolution of New Genes

بينما يحتوي كل كائن حي على جينوم من نوع ما (سواء كان RNA، أو DNA)، إلا أن هناك تبايناً كبيراً في أحجام هذه الجينومات. أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على حجم الجينوم هو ما إذا كان الكائن بدائي النواة أو حقيقي النوى. في بدائيات النوى، يحتوي الجينوم على القليل من التسلسل غير المشفر، أو لا يحتوي على أي تسلسل غير مشفر، بحيث تتجمع الجينات بإحكام في مجموعات أو أوبرونات بالتتابع على طول الكروموسوم. وعلى العكس من ذلك، تتخلل الجينات في حقيقيات النوى امتدادات طويلة من التسلسل غير المشفر. وبشكل عام ، هذا يساهم في الظواهر التي تشير إلى أن جينومات بدائيات النوى تميل إلى أن تكون أصغر (أي تحتوي على قواعد أقل) في المتوسط ​​من تلك الموجودة في حقيقيات النوى.

ليس من المستغرب، بالنظر إلى هذه الملاحظة، أن أصغر الجينومات المعروفة هي في الغالب بدائيات النوى. كانديداتوس كارسونيلا rudii، على سبيل المثال، عبارة عن بروتيوبكتيريا مبسطة للغاية يبلغ حجم جينومها 160 ألف زوج قاعدي فقط. بعد أن فقدت العديد من الجينات التي كانت بحاجة إليها لتخليق البروتينات الضرورية للحياة، تطورت لتصبح تكافؤاً إلزامياً داخل الخلايا. في الطرف المقابل من هذا الطيف، يعتبر النبات المزهر الياباني من حقيقيات النوى باريس جابونيكا واحداً من أكبر الجينومات المعروفة، حيث يحتوي على حوالي 150 مليار زوج قاعدي. على الرغم من أن عدد الجينات التي يشفرها غير معروف’، إلا أن الجينوم يظهر كميات هائلة من التكرار والتسلسل غير المشفر.

يوجد داخل جينوم بدائيات النوى المتوسطة ما يقرب من 3000 جين. يبلغ متوسط ​​عدد حقيقيات النوى في مكان ما حوالي 20000. لكن حجم الجينوم، خاصة في حقيقيات النوى، متغير إلى حد كبير - ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى مقدار التسلسل غير المشفر.

خلق جينات جديدة

من أجل تطوير جينات جديدة ، تمتلك الكائنات الحية عددًا قليلاً من الخيارات الرئيسية. الشيء الوحيد الذي تشترك فيه معظم هذه العناصر هو أنها تعدل التسلسلات الموجودة بالفعل.

يلعب الازدواج دوراً مهماً في تكوين جينات جديدة، وهناك أنواع قليلة من الازدواجية التي يمكن أن تؤدي إلى هذه التسلسلات الجديدة. في ازدواج الجينات، يتم تكرار جزء من DNA يحتوي على جين. هذه النسخة الثانية لا تواجه ضغط التحديد الذي يقيد النسخة الأولى، وبالتالي يمكن أن تتباعد. بمرور الوقت، يمكن أن يؤدي هذا إلى تطور جينات جديدة، بأدوار جديدة.

يمكن أن يؤدي نوع آخر من التكرار - خلط الحمض النووي - إلى تكرار جزء فقط من الجين والانضمام إلى جين آخر. يمكن أن يؤدي هذا إلى إنشاء جينات جديدة بمنتجات جديدة.

أحياناً تتطور الجينات الجديدة ببساطة من الطفرات المتراكمة بمرور الوقت. يُعرف هذا باسم الطفرة داخل الجين، وهو أكثر وضوحاً عند المقارنة بين الأنواع أو المجموعات السكانية المتباينة.

أخيراً، من الممكن أيضاً الحصول على جينات جديدة من مصادر خارجية، في عملية تُعرف باسم نقل الجينات الأفقي. هذا يعني أنه يمكن دمج المواد الجينية من أفراد آخرين، أحياناً من نفس النوع ، ولكن من المحتمل أيضاً أن يتم دمجها من أنواع أخرى تماماً. هذا مصدر متكرر للجينات الجديدة في بدائيات النوى والعتائق. إنه أقل شيوعاً في حقيقيات النوى، ولكن ثبت حدوثه، ويمكن لحقيقيات النوى حتى التقاط معلومات وراثية من مصادر بعيدة مثل البكتيريا أو الفطريات.