Selbstsüchtige Operons: Der horizontale Transfer könnte die Evolution von Genclustern antreiben

Ein Modell wird präsentiert, wonach die Bildung von Genclustern in Bakterien durch den Transfer von DNA innerhalb und zwischen Taxa vermittelt wird. Bakterielle Operons bestehen typischerweise aus Genen, deren Produkte zu einer einzigen Funktion beitragen. Wenn diese Funktion schwacher Selektion oder langen Phasen ohne Selektion unterliegt, können die beitragenden Gene Mutationen ansammeln und durch genetische Drift verloren gehen. Aus der Perspektive einer Zelle kann die Funktion nur wiederhergestellt werden, wenn alle fehlenden Gene gleichzeitig durch lateralen Transfer erworben wurden, nachdem mehrere Gene verloren gingen. Die Wahrscheinlichkeit des Transfers mehrerer Gene steigt, wenn die Gene physisch nahe beieinander liegen. Aus der Perspektive eines Gens bietet der horizontale Transfer eine Möglichkeit, dem evolutionären Verlust zu entkommen, indem die Besiedlung von Organismen ermöglicht wird, die die kodierten Funktionen nicht besitzen. Da Organismen mit gruppierten Genen wahrscheinlich erfolgreicher als Spender fungieren, würden gruppierte Gene sich unter den bakteriellen Genomen verbreiten. Die physische Nähe von Genen könnte als ein selbstsüchtiges Merkmal des Operons betrachtet werden, da sie die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen horizontalen Transfers beeinflusst, jedoch keinen physiologischen Nutzen für den Wirt bietet. Dieser Prozess sagt eine mosaikartige Struktur moderner Genome voraus, in der ancestrales chromosomales Material mit neuartigen, horizontal übertragenen Operons durchsetzt ist, die periphere metabolische Funktionen bereitstellen.