1.12 : Genome Size and the Evolution of New Genes

虽然每个生物体都有某种基因组（无论是 RNA 还是 DNA），但这些蓝图的大小存在相当大的差异。影响基因组大小的一个主要因素是生物体是原核生物还是真核生物。在原核生物中，基因组几乎不包含非编码序列，因此基因沿染色体依次紧密地聚集在组或纵子中。相反，真核生物中的基因被长段非编码序列打断。总体而言，这导致了原核生物基因组平均比真核生物基因组更小（即包含更少的碱基）的现象。

不出所料，鉴于这一观察结果，已知最小的基因组大多是原核生物。例如，Candidatus Carsonella rudii 是一种高度简化的变形杆菌，其基因组大小仅为 160,000 个碱基对。在丢失了合成生命必需蛋白质所需的许多基因后，它已经进化成一种专性细胞内共生体。在光谱的另一端，真核生物日本开花植物 Paris japonica 是已知最大的基因组之一，大约有 1500 亿个碱基对。虽然它编码的基因数量尚不清楚，但基因组显示出大量的重复和非编码序列。

在一个普通原核生物的基因组中，大约有 3,000 个基因。真核生物的平均数量在 20,000 只左右。但基因组大小，尤其是在真核生物中，变化很大——这在很大程度上是由于非编码序列的数量。

新基因的创造

为了进化出新的基因，生物体有几个主要选择。其中大多数都有一个共同点，那就是它们修改了已经存在的序列。

复制在创建新基因中起着重要作用，有几种类型的复制可以导致这些新序列。在基因复制中，包含基因的 DNA 片段被复制。第二个副本没有面临限制第一个副本的选择压力，因此它可能会发散。随着时间的推移，这可能导致新基因的进化，具有新的作用。

另一种类型的复制 - DNA 改组 - 可能导致一个基因的一部分被复制并连接另一个基因。这可能导致产生具有新产品的新基因。

有时，新基因只是随着时间的推移从积累的突变中进化而来。这被称为基因内突变，在跨物种或不同种群进行比较时最为明显。

最后，还可以从外部来源获得新基因，这个过程称为水平基因转移。这意味着遗传物质可以从其他个体中整合，有时是同一物种的，但也有可能完全来自另一个物种。这是原核生物和古细菌中新基因的常见来源。它在真核生物中不太常见，但已被证明会发生，真核生物甚至可以从细菌或真菌等遥远的来源获取遗传信息。