Selektion in der Evolution von Genduplicationen

HINTERGRUND: Genduplicationen spielen eine wichtige Rolle in der Evolution neuer biologischer Funktionen. Theoretische Studien nehmen häufig an, dass eine Duplication an sich selektiv neutral ist und dass nach einer Duplication eine der Genkopien von reinigendem (stabilisierendem) Selektionsdruck befreit wird, was das Potenzial für die Evolution einer neuen Funktion schafft. ERGEBNISSE: Auf der Suche nach systematischen Beweisen für eine beschleunigte Evolution nach der Duplication verwendeten wir Daten von 26 bakteriellen, sechs archaischen und sieben eukaryotischen Genomen, um den Modus und die Stärke der Selektion zu vergleichen, die auf kürzlich duplizierte Gene (Paraloge) und auf ähnlich divergierende, nicht duplizierte orthologe Gene in verschiedenen Arten wirken. Wir stellen fest, dass das Verhältnis von nicht-synonymen zu synonymen Substitutionen (Kn/Ks) in den meisten parallelen Paaren <1 ist und dass Paraloge typischerweise mit ähnlichen Raten evolvieren, ohne signifikante Asymmetrie, was darauf hindeutet, dass beide durch eine Dopplung produzierte Paraloge dem reinigenden Selektionsdruck unterliegen. Diese Selektion ist jedoch erheblich schwächer als die reinigende Selektion, die nicht duplizierte Orthologe betrifft, die sich im gleichen Maße divergiert haben wie die analysierten Paraloge. Die meisten der kürzlich duplizierten Gene scheinen an verschiedenen Formen der Umweltreaktion beteiligt zu sein; insbesondere kodiert ein großer Teil von ihnen Membran- und sekretierte Proteine. SCHLUSSFOLGERUNGEN: Die Ergebnisse dieser Analyse deuten darauf hin, dass kürzlich duplizierte Paraloge schneller evolvieren als Orthologe mit dem gleichen Divergenzniveau und ähnlichen Funktionen, aber anscheinend keine Phase der neutralen Evolution erleben. Wir hypothetisieren, dass Genduplicationen, die in einer sich entwickelnden Linie bestehen bleiben, von dem Zeitpunkt ihrer Entstehung an vorteilhaft sind, hauptsächlich aufgrund eines Proteindosiseffekts als Reaktion auf variable Umweltbedingungen; Duplicationen werden wahrscheinlich in einer späteren Phase ihrer Evolution zu neuen Funktionen führen, sobald ein höheres Divergenzniveau erreicht ist.