1.12 : Genome Size and the Evolution of New Genes

すべての生物は何らかのゲノム(RNAやDNA)を持っていますが、これらの設計図のサイズにはかなりのばらつきがあります。ゲノムサイズに影響を与える主要な要因の1つは、生物が原核生物であるか真核生物であるかです。原核生物では、ゲノムには非コード配列がほとんどまたはまったく含まれていないため、遺伝子は染色体に沿って順番にグループまたはオペロンに密集しています。逆に、真核生物の遺伝子は、長いノンコーディング配列によって中断されています。全体として、これは原核生物のゲノムが真核生物のゲノムよりも平均して小さい(つまり、塩基が少ない)傾向があるという現象に寄与しています。

当然のことながら、この観察結果を考えると、知られている最小のゲノムはほとんどが原核生物です。例えば、Candidatus Carsonella rudiiは、ゲノムサイズがわずか16万塩基対の非常に単純化されたプロテオバクテリウムです。生命に不可欠なタンパク質を合成するために必要な多くの遺伝子を失った後、それは絶対的な細胞内共生生物に進化しました。その対極にあるのが、真核生物の日本の顕花植物であるパリ・ジャポニカ(Paris japonica)で、約1,500億塩基対という最大のゲノムの1つです。これがコードする遺伝子の数はわかっていませんが、ゲノムは膨大な量の重複配列と非コード配列を示しています。

平均的な原核生物のゲノムには、約3,000個の遺伝子があります。平均的な真核生物は20,000人程度です。しかし、特に真核生物のゲノムサイズは、主に非コード配列の量による

もので、大きく変動します。

新しい遺伝子の創造

新しい遺伝子を進化させるために、生物にはいくつかの主要な選択肢があります。これらのほとんどに共通していることの1つは、すでに存在するシーケンスを変更することです。

重複は新しい遺伝子を作成する上で重要な役割を果たしており、これらの新しい配列をもたらす可能性のある重複にはいくつかの種類があります。遺伝子重複では、遺伝子を含むDNAの一部が複製されます。この 2 番目のコピーは、最初のコピーを制約する選択圧力に直面していないため、発散する可能性があります。やがて、これは新しい役割を持つ新しい遺伝子の進化につながる可能性があります。

別のタイプの重複であるDNAシャッフルは、遺伝子の一部だけが複製され、別の遺伝子に結合する可能性があります。これにより、新しい製品を使用して、新しい遺伝子が作成される可能性があります。

新しい遺伝子は、時間の経過とともに蓄積された突然変異から単に進化することがあります。これは遺伝子内突然変異として知られており、種間または異なる集団間で比較するときに最も顕著です。

最後に、遺伝子の水平伝播として知られるプロセスで、外部ソースから新しい遺伝子を取得することも可能です。これは、遺伝物質が他の個体から、時には同じ種のものから、また完全に別の種から取り込まれる可能性があることを意味します。これは、原核生物や古細菌の新規遺伝子の頻繁な供給源です。真核生物ではあまり一般的ではありませんが、発生することが示されており、真核生物は細菌や真菌などの遠い情報源から遺伝情報を取得することさえできます。