Inhoudsopgave
H9: HOE GENEN EN GENOMEN EVOLUEREN....................................................................................... 0
1. Hoe ontstaat genetische variatie?................................................................................................................ 0
1.1. Alleen veranderingen in de kiembaancellijn worden doorgegeven aan de volgende
generatie............................................................................................................................................................ 1
1.2. Puntmutaties ontstaan door fouten in DNA replicatie en herstel............................................ 2
1.3. Puntmutaties kunnen de eiwitsequentie of genregulatie veranderen....................................2
1.4. Genduplicatie en divergentie zorgen voor het ontstaan van families van verwante
genen................................................................................................................................................................. 4
1.5. Genoomduplicaties kunnen nieuwe soorten doen ontstaan.....................................................5
1.6. Nieuwe genen kunnen ontstaan door exon duplicatie of shuffling......................................... 6
1.7. Transposons versnellen genoomevolutie.........................................................................................7
1.8. Horizontale gentransfer door conjugatie.........................................................................................8
1.9. Samenvatting............................................................................................................................................8
2. Transposons en virussen.................................................................................................................................9
2.1. Mobiele genetische elementen coderen voor de componenten die nodig zijn voor hun
mobiliteit........................................................................................................................................................... 9
2.2. Het menselijke genoom bevat twee grote families van transposon......................................9
2.3. Virussen kunnen bewegen tussen cellen en tussen organismen.......................................... 10
2.4. Retrovirussen keren de normale stroom van genetische informatie om............................. 11
3. Reconstructie van de stamboom van het leven..................................................................................... 12
3.1. Genen die een selectief voordeel bieden zijn behouden in evolutie.................................... 12
3.2. Mens en chimpansee genomen en chromosomen zijn erg gelijkaardig............................ 14
3.3. Vergelijking van het genoom tussen mens en muis.................................................................. 15
3.4. Vergelijking van het genoom tussen vertebraten...................................................................... 16
3.5. Genoomvergelijking suggereert dat junk DNA minstends gedeeltelijk gemist kan
worden.............................................................................................................................................................. 17
3.6. Sommige genetische informatie is geconserveerd sinds het begin van het leven......... 17
4. De studie van het menselijk genoom........................................................................................................ 19
4.1. (Des)organisatie van het genoom....................................................................................................19
4.2. Genetische variatie leidt tot individualiteit.................................................................................. 21
,H9: HOE GENEN EN GENOMEN EVOLUEREN
1. Hoe ontstaat genetische variatie?
Alles hangt af van de DNA replicatie, het efficiënte systeem om DNA supernauwkeurig te
dupliceren/ te repliceren. De dochtercellen zullen zo goed als hetzelfde DNA meekrijgen. Toch is
het geen perfect systeem, het wordt nochtans sterk bewaakt. Af en toe slippen er foutjes tussen.
Als het creatieve foutjes zijn, die een voordeel geven aan het individu kan dat een belangrijke rol
spelen in de natuurlijke en seksuele selectie. De beste zullen succesvol zijn en worden
doorgegeven in de populatie
Al onze somatische cellen/lichaamscellen ondergaan mitose (celdeling). Als daar een foutje
gebeurt bij het DNA replicatie dan speelt dat geen rol in onze evolutie. Deze foutjes worden
namelijk niet doorgegeven in ons nageslacht. Foutjes in de kiembaancellen - de sperma en
eicellen - hebben WEL een invloed op ons nageslacht. We gaan het dus hebben over de foutjes in
de DNA replicatie die een rol spelen in de meisose. Alleen onze gameten - kiembaancellen -
ondergaan meiose.
1.1. Alleen veranderingen in de kiembaancellijn worden doorgegeven aan
de volgende generatie
Uit de versmelting van twee kiembaancellen (sperma en eicel) die haploïd zijn (bevatten maar de
helft van het DNA) komt een zygote die diploïd is (bevat heel het DNA). De embryogenese gaat
direct van start, enorm veel celdelingen waar alle somatische cellen worden gemaakt voor het
vormen van het lichaam van de mens. Een heel klein aantal van diezelfde zygote gaan nieuwe
kiembaancellen vormen, de nieuwe ei en spermacellen. Dat gebeurt in 200 delingen. (Dus tussen
vader - zoon zitten er 200 celdelingen om het erfelijk materiaal door te geven). Dat betekent dat
er 200 keer kans is op foutjes in het DNA.
Mutaties in kiembaancellen en somatische cellen hebben een verschillend gevolg
MUTATIE A in kiembaancellen
⇒ rood veranderd naar groen
⇒ alle cellen van het nageslacht
zijn groen (somatisch & gameten)
MUTATIE B in somatische cellen
⇒ kan jou persoonlijk wel
aantasten, maar heeft geen effect
op de nakomelingen
Sommige kankers zijn in kiembaancellen, maar meeste zijn in de somatische cellen (zie H20)
1
,Meerkeuze: Welke uitspraak klopt voor de overdraagbaarheid van mutaties?
a) Bij erfelijke aandoeningen bevinden er zich DNA mutaties in de kiembaan cellijn, maar niet
in de somatische cellijnen
i) FOUT: bij kiembaancelmutaties ga je zowel de volgende kiembaancellen aantasten
als de somatische cellen
b) Genetische mutaties die leiden tot kanker verhogen het risico dat nakomelingen ook
kanker ontwikkelen
i) FOUT: kanker is meestal niet in de kiembaan
c) Somatische cellen bevatten altijd meer schadelijke mutaties dan de kiembaancellen
i) FOUT: in de kiembaancellen heb je 200 celdelingen, in de somatische 39 miljoen,
de KANS op mutatie is dus groter, maar dit is geen garantie
d) Kiembaancellen ondergaan per generatie maar 200 celdelingen, waardoor het risico op
schadelijke mutaties kleiner is dan bij neuronale cellen
i) JUIST
1.2. Puntmutaties ontstaan door fouten in DNA replicatie en herstel
Een puntmutatie verandert één enkel nucleotide.
Zie berekening met E.coli bacterie vs mens
1.3. Puntmutaties kunnen de eiwitsequentie of genregulatie veranderen
Als dit in een coderend gebied optreedt, kan het de eiwitsequentie wijzigen, waarbij we de impact
kunnen voorspellen door het veranderde codon te begrijpen. Als het in een genregulerend gebied
terechtkomt, zoals de promotor, kan het de genexpressie beïnvloeden, hoewel dit effect moeilijk
te voorspellen is. Mutaties in niet-coderende sequenties hebben geen invloed.
Mutaties hebben altijd drie mogelijkheden
1) ze zijn schadelijk (vaak)
● kan bijvoorbeeld als er een gen wordt verstoord
● er komt een vroegtijdig stop codon terecht in een coderend gebied - gen kan
geen functioneel eiwitproduct meer vormen - gen gaat verloren
● niet schadelijk voor levensvatbaarheid, maar eerder voor succes van individu
2
, 2) ze zijn neutraal (meestal)
● ze komt bijvoorbeeld terecht op derde codon - heeft niet zo een grote impact op
de vertaling naar het aminozuur
● het is in een niet - coderend gebied
3) ze zijn voordeling (zelden)
● voordelig in natuurlijke selectie
● zo gebeurt evolutie
Voorbeeld 1: lactose intolerantie
Vroeger waren alle mensen lactose-intolerant na de kindertijd, omdat het lactase-gen niet meer
nodig was in de volwassenheid en lactase niet meer werd geproduceerd, wat leidde tot
lactose-intolerantie. Ongeveer 10.000 jaar geleden begonnen mensen vee te kweken en melk te
gebruiken als voedselbron, hoewel de meeste mensen lactose-intolerant waren. Een aantal
individuen ontwikkelde mutaties die hen lactosetolerant maakten, wat resulteerde in een selectief
voordeel bij het verteren van melk.
Voorbeeld 2: resistensie tegen malaria
Puntmutatie die de expressie verhindert van de receptor waarop de parasiet bindt op rode
bloedcellen. Je vindt deze mutatie terug in gebieden waar er veel malaria is, grote selectiedruk
Genregulatorische eiwitten bepalen het ontwikkelingprogramma van een organisme
Alle zoogdieren
hebben veel
dezelfde genen,
waarom we er dan
allemaal anders
uitzien heeft te
maken met de
expressie van die
genen
Sommige mutaties kunnen ook voorkomen in genregulerende gebieden, je zal dus hiermee de
genexpressie beïnvloeden wat een aanzienlijke impact heeft op de ontwikkeling van een
organisme. Dit verklaart waarom organismen met vergelijkbare genen er totaal verschillend uit
3
,kunnen zien - naast de aanwezigheid van genen speelt genexpressie een cruciale rol bij de
ontwikkeling.
Een voorbeeld hiervan is te zien in de embryonale ontwikkeling van een miereneter en een hond.
Beide hebben genen 1, 2 en 3, maar de volgorde van genexpressie verschilt. In de miereneter
wordt gen 1 als eerste geactiveerd, terwijl bij de hond twee puntmutaties in genregulerende
gebieden ervoor zorgen dat gen 1 het gen 2 activeert en gen 3 gedeactiveerd blijft.
(dezelfde genen maar verschil in de volgorde van aan en uitzetten geeft een ander organisme)
1.4. Genduplicatie en divergentie zorgen voor het ontstaan van families
van verwante genen
Buiten puntmutaties, heb je nog een tweede vorm waarop DNA kan veranderen: via genduplicatie.
Wanneer een gen verdubbeld wordt. Dit biedt een unieke kans voor de evolutie, omdat het
tweede gen geleidelijk nieuwe functies kan verwerven door opeenvolgende mutaties toe te staan
terwijl het eerste gen wel nog zijn oorspronkelijke functie kan uitvoeren. Genduplicaties hebben
de mogelijkheid om genfamilies te doen ontstaan. Genen die uit eenzelfde voorouder komen,
maar waarvan hun functie wel een beetje veranderd kan zijn, noemen we homologe genen.
Genduplicatie gebeurt frequent en is heel belangrijk in de evolutie
De bacterie in dit voorbeeld bevat 4014 genen en
ongeveer ½ van de genen heeft verwanten. De andere
helft van het genoom bevat geen genduplicaties. Dit
geeft een goed beeld van hoevaak genduplicaties
voorkomen en hoe belangrijk ze zijn.
Hoe ontstaat een gendupplicatie?
Cross - overs gebeurt bij het vormen van de gameten waar het DNA van vader en moeder naast
elkaar komt te liggen om dan uitwisselingen te doen tussen het chromosoom van de vader en
moeder. Dit is belangrijk om DNA variaties te krijgen.
Af en toe ligt het DNA niet netjes naast
elkaar, dat komt doordat die alignement
afgestemd is op een herhalingssequentie
(rood). Soms is er een vergissing. De
cross - over loopt fout. Je gaat dan een
chromosoom krijgen met twee genen
(gendupplicatie) en een chromosoom
zonder genen (= gendeletie)
4
,Enkelstrengig globinemolecule → 4 - strengig hemoglobine
Nu je weet hoe gendupplicatie loopt, kan je ook uitleggen hoe een complex molecule zoals
hemoglobine ontstaat - een tetrameer waar 4 zuurstoffen aan kunnen binden. Het bestaat uit vier
subeenheden, vier eiwitten. Er zitten twee alfa en twee beta eiwitten in. Primitieve diersoorten (bv.
wormen) bevatten enkel het alfa momomeer. In de evolutie is er een mutatie opgetreden bij dat
gen, waardoor de vroege vertebraten een dimeer van alfa bevatten. Nog later zien we dat het
dimeer alfa gen gedupliceerd is tot een dimeer beta. Dit is efficiënter want er kan meer zuurstof
binden.
Herhaalde genduplicaties en divergentie genen ontstaan aan de globine genfamilie
(feutale beta gen en adult beta
gen komen op een ander tijdstip
tot expressie)
Alfa gen is de bron van alle
varianten van dat gen
Niet elk van de genen die ontstaan
door gendupplicatie zijn
functionele genen. Soms gaan
geduppliceerde genen verloren
omdat ze geen functie verwerven.
Dat zijn pseudogenen. We vinden
die wel nog terug in het genoom.
Genduplicatie en mutaties accumuleren in de populatie als selectiedruk laag is - leidt tot
genetische drift (hoe vrij DNA kan muteren zonder gevolgen te hebben voor het organisme)
Voorbeeld: vitamine C bij primaten
Ongeveer 35 miljoen jaar geleden begonnen primaten meer fruit te eten, waardoor hun vitamine
C-inname toenam. Hierdoor verdween de selectiedruk op het GULO-gen, dat vitamine C
produceert. Mutaties in dit gen waren niet schadelijk omdat er voldoende vitamine C uit het dieet
werd gehaald. Hoewel we nog steeds het GULO-gen (=pseudogen) hebben, is het inactief door
mutaties, waardoor de mens vitamine C uit voedsel moet halen.
1.5. Genoomduplicaties kunnen nieuwe soorten doen ontstaan
Alle nucleotiden die we hebben verdubbelen. Bij de invertebraten is dit twee keer
voorgekomen, bij de vertebraten één keer en ook nog eens een keer bij sommige
vissen
5
, Opm: verwar genoomdupplicaties niet met chromosoomdupplicaties! (zie H19) = fouten die
optreden bij de meiose
(bv. Downsyndroom - extra kopei van chromosoom 21)
Dankzij een extra genoomduplicatie tegenover hogere vertebraten zijn vissen de meest
soortenrijke groep vertebraten
Genoom is gedupliceerd geweest en de genen kunnen nieuwe functies verwerven.
Het is niet zozeer het aantal genen dat belangrijk is, maar hoe die genen functioneel samenwerken
door genexpressie aan en uit te zetten dat de complexiteit bepaald van een organisme
1.6. Nieuwe genen kunnen ontstaan door exon duplicatie of shuffling
Exon dupplicatie: wanneer er een
exon wordt geduppliceert binnen
één gen
Eigenlijk zelfde principe als een
gendupplicatie maar in plaats van
de volledige gen de te dupliceren
gaan we een klein stukje
duppliceren - een exon. Dit gebeurt
bij de meiose wanneer er een cross
over gebeurt. De genen die worden
afgeschreven bevatten exon A en
exon B en daartussen zit een intron
- met de herhalingssequentie. Door de misalignemt komen de twee exonen niet mooi overeen en
zo ontstaat er een cross over die foutief is. Je zal een exon duppliceren - in dit geval exon B.
Exon shuffling: exons wisselen uit tussen twee
verschillende genen
Exon shuffling stelt nieuwe proteïnen samen uit verschillende domeinen (modulaire opbouw)
Exons zijn coderende gebieden die zo gegroepeerd zijn dat ze
een functioneel eiwit domein vormen. Bv: een eiwitdomein
van 30 à 50 aminozuren dat belangrijk is voor ATP te binden,
dat is een klein stukje van een groter eiwit. Dat wordt
gecodeerd door één exon. Een ander exon (weer 30 à 50
aminozuren) kan bv. belangrijk zijn voor glucose te binden.
6
H9: HOE GENEN EN GENOMEN EVOLUEREN....................................................................................... 0
1. Hoe ontstaat genetische variatie?................................................................................................................ 0
1.1. Alleen veranderingen in de kiembaancellijn worden doorgegeven aan de volgende
generatie............................................................................................................................................................ 1
1.2. Puntmutaties ontstaan door fouten in DNA replicatie en herstel............................................ 2
1.3. Puntmutaties kunnen de eiwitsequentie of genregulatie veranderen....................................2
1.4. Genduplicatie en divergentie zorgen voor het ontstaan van families van verwante
genen................................................................................................................................................................. 4
1.5. Genoomduplicaties kunnen nieuwe soorten doen ontstaan.....................................................5
1.6. Nieuwe genen kunnen ontstaan door exon duplicatie of shuffling......................................... 6
1.7. Transposons versnellen genoomevolutie.........................................................................................7
1.8. Horizontale gentransfer door conjugatie.........................................................................................8
1.9. Samenvatting............................................................................................................................................8
2. Transposons en virussen.................................................................................................................................9
2.1. Mobiele genetische elementen coderen voor de componenten die nodig zijn voor hun
mobiliteit........................................................................................................................................................... 9
2.2. Het menselijke genoom bevat twee grote families van transposon......................................9
2.3. Virussen kunnen bewegen tussen cellen en tussen organismen.......................................... 10
2.4. Retrovirussen keren de normale stroom van genetische informatie om............................. 11
3. Reconstructie van de stamboom van het leven..................................................................................... 12
3.1. Genen die een selectief voordeel bieden zijn behouden in evolutie.................................... 12
3.2. Mens en chimpansee genomen en chromosomen zijn erg gelijkaardig............................ 14
3.3. Vergelijking van het genoom tussen mens en muis.................................................................. 15
3.4. Vergelijking van het genoom tussen vertebraten...................................................................... 16
3.5. Genoomvergelijking suggereert dat junk DNA minstends gedeeltelijk gemist kan
worden.............................................................................................................................................................. 17
3.6. Sommige genetische informatie is geconserveerd sinds het begin van het leven......... 17
4. De studie van het menselijk genoom........................................................................................................ 19
4.1. (Des)organisatie van het genoom....................................................................................................19
4.2. Genetische variatie leidt tot individualiteit.................................................................................. 21
,H9: HOE GENEN EN GENOMEN EVOLUEREN
1. Hoe ontstaat genetische variatie?
Alles hangt af van de DNA replicatie, het efficiënte systeem om DNA supernauwkeurig te
dupliceren/ te repliceren. De dochtercellen zullen zo goed als hetzelfde DNA meekrijgen. Toch is
het geen perfect systeem, het wordt nochtans sterk bewaakt. Af en toe slippen er foutjes tussen.
Als het creatieve foutjes zijn, die een voordeel geven aan het individu kan dat een belangrijke rol
spelen in de natuurlijke en seksuele selectie. De beste zullen succesvol zijn en worden
doorgegeven in de populatie
Al onze somatische cellen/lichaamscellen ondergaan mitose (celdeling). Als daar een foutje
gebeurt bij het DNA replicatie dan speelt dat geen rol in onze evolutie. Deze foutjes worden
namelijk niet doorgegeven in ons nageslacht. Foutjes in de kiembaancellen - de sperma en
eicellen - hebben WEL een invloed op ons nageslacht. We gaan het dus hebben over de foutjes in
de DNA replicatie die een rol spelen in de meisose. Alleen onze gameten - kiembaancellen -
ondergaan meiose.
1.1. Alleen veranderingen in de kiembaancellijn worden doorgegeven aan
de volgende generatie
Uit de versmelting van twee kiembaancellen (sperma en eicel) die haploïd zijn (bevatten maar de
helft van het DNA) komt een zygote die diploïd is (bevat heel het DNA). De embryogenese gaat
direct van start, enorm veel celdelingen waar alle somatische cellen worden gemaakt voor het
vormen van het lichaam van de mens. Een heel klein aantal van diezelfde zygote gaan nieuwe
kiembaancellen vormen, de nieuwe ei en spermacellen. Dat gebeurt in 200 delingen. (Dus tussen
vader - zoon zitten er 200 celdelingen om het erfelijk materiaal door te geven). Dat betekent dat
er 200 keer kans is op foutjes in het DNA.
Mutaties in kiembaancellen en somatische cellen hebben een verschillend gevolg
MUTATIE A in kiembaancellen
⇒ rood veranderd naar groen
⇒ alle cellen van het nageslacht
zijn groen (somatisch & gameten)
MUTATIE B in somatische cellen
⇒ kan jou persoonlijk wel
aantasten, maar heeft geen effect
op de nakomelingen
Sommige kankers zijn in kiembaancellen, maar meeste zijn in de somatische cellen (zie H20)
1
,Meerkeuze: Welke uitspraak klopt voor de overdraagbaarheid van mutaties?
a) Bij erfelijke aandoeningen bevinden er zich DNA mutaties in de kiembaan cellijn, maar niet
in de somatische cellijnen
i) FOUT: bij kiembaancelmutaties ga je zowel de volgende kiembaancellen aantasten
als de somatische cellen
b) Genetische mutaties die leiden tot kanker verhogen het risico dat nakomelingen ook
kanker ontwikkelen
i) FOUT: kanker is meestal niet in de kiembaan
c) Somatische cellen bevatten altijd meer schadelijke mutaties dan de kiembaancellen
i) FOUT: in de kiembaancellen heb je 200 celdelingen, in de somatische 39 miljoen,
de KANS op mutatie is dus groter, maar dit is geen garantie
d) Kiembaancellen ondergaan per generatie maar 200 celdelingen, waardoor het risico op
schadelijke mutaties kleiner is dan bij neuronale cellen
i) JUIST
1.2. Puntmutaties ontstaan door fouten in DNA replicatie en herstel
Een puntmutatie verandert één enkel nucleotide.
Zie berekening met E.coli bacterie vs mens
1.3. Puntmutaties kunnen de eiwitsequentie of genregulatie veranderen
Als dit in een coderend gebied optreedt, kan het de eiwitsequentie wijzigen, waarbij we de impact
kunnen voorspellen door het veranderde codon te begrijpen. Als het in een genregulerend gebied
terechtkomt, zoals de promotor, kan het de genexpressie beïnvloeden, hoewel dit effect moeilijk
te voorspellen is. Mutaties in niet-coderende sequenties hebben geen invloed.
Mutaties hebben altijd drie mogelijkheden
1) ze zijn schadelijk (vaak)
● kan bijvoorbeeld als er een gen wordt verstoord
● er komt een vroegtijdig stop codon terecht in een coderend gebied - gen kan
geen functioneel eiwitproduct meer vormen - gen gaat verloren
● niet schadelijk voor levensvatbaarheid, maar eerder voor succes van individu
2
, 2) ze zijn neutraal (meestal)
● ze komt bijvoorbeeld terecht op derde codon - heeft niet zo een grote impact op
de vertaling naar het aminozuur
● het is in een niet - coderend gebied
3) ze zijn voordeling (zelden)
● voordelig in natuurlijke selectie
● zo gebeurt evolutie
Voorbeeld 1: lactose intolerantie
Vroeger waren alle mensen lactose-intolerant na de kindertijd, omdat het lactase-gen niet meer
nodig was in de volwassenheid en lactase niet meer werd geproduceerd, wat leidde tot
lactose-intolerantie. Ongeveer 10.000 jaar geleden begonnen mensen vee te kweken en melk te
gebruiken als voedselbron, hoewel de meeste mensen lactose-intolerant waren. Een aantal
individuen ontwikkelde mutaties die hen lactosetolerant maakten, wat resulteerde in een selectief
voordeel bij het verteren van melk.
Voorbeeld 2: resistensie tegen malaria
Puntmutatie die de expressie verhindert van de receptor waarop de parasiet bindt op rode
bloedcellen. Je vindt deze mutatie terug in gebieden waar er veel malaria is, grote selectiedruk
Genregulatorische eiwitten bepalen het ontwikkelingprogramma van een organisme
Alle zoogdieren
hebben veel
dezelfde genen,
waarom we er dan
allemaal anders
uitzien heeft te
maken met de
expressie van die
genen
Sommige mutaties kunnen ook voorkomen in genregulerende gebieden, je zal dus hiermee de
genexpressie beïnvloeden wat een aanzienlijke impact heeft op de ontwikkeling van een
organisme. Dit verklaart waarom organismen met vergelijkbare genen er totaal verschillend uit
3
,kunnen zien - naast de aanwezigheid van genen speelt genexpressie een cruciale rol bij de
ontwikkeling.
Een voorbeeld hiervan is te zien in de embryonale ontwikkeling van een miereneter en een hond.
Beide hebben genen 1, 2 en 3, maar de volgorde van genexpressie verschilt. In de miereneter
wordt gen 1 als eerste geactiveerd, terwijl bij de hond twee puntmutaties in genregulerende
gebieden ervoor zorgen dat gen 1 het gen 2 activeert en gen 3 gedeactiveerd blijft.
(dezelfde genen maar verschil in de volgorde van aan en uitzetten geeft een ander organisme)
1.4. Genduplicatie en divergentie zorgen voor het ontstaan van families
van verwante genen
Buiten puntmutaties, heb je nog een tweede vorm waarop DNA kan veranderen: via genduplicatie.
Wanneer een gen verdubbeld wordt. Dit biedt een unieke kans voor de evolutie, omdat het
tweede gen geleidelijk nieuwe functies kan verwerven door opeenvolgende mutaties toe te staan
terwijl het eerste gen wel nog zijn oorspronkelijke functie kan uitvoeren. Genduplicaties hebben
de mogelijkheid om genfamilies te doen ontstaan. Genen die uit eenzelfde voorouder komen,
maar waarvan hun functie wel een beetje veranderd kan zijn, noemen we homologe genen.
Genduplicatie gebeurt frequent en is heel belangrijk in de evolutie
De bacterie in dit voorbeeld bevat 4014 genen en
ongeveer ½ van de genen heeft verwanten. De andere
helft van het genoom bevat geen genduplicaties. Dit
geeft een goed beeld van hoevaak genduplicaties
voorkomen en hoe belangrijk ze zijn.
Hoe ontstaat een gendupplicatie?
Cross - overs gebeurt bij het vormen van de gameten waar het DNA van vader en moeder naast
elkaar komt te liggen om dan uitwisselingen te doen tussen het chromosoom van de vader en
moeder. Dit is belangrijk om DNA variaties te krijgen.
Af en toe ligt het DNA niet netjes naast
elkaar, dat komt doordat die alignement
afgestemd is op een herhalingssequentie
(rood). Soms is er een vergissing. De
cross - over loopt fout. Je gaat dan een
chromosoom krijgen met twee genen
(gendupplicatie) en een chromosoom
zonder genen (= gendeletie)
4
,Enkelstrengig globinemolecule → 4 - strengig hemoglobine
Nu je weet hoe gendupplicatie loopt, kan je ook uitleggen hoe een complex molecule zoals
hemoglobine ontstaat - een tetrameer waar 4 zuurstoffen aan kunnen binden. Het bestaat uit vier
subeenheden, vier eiwitten. Er zitten twee alfa en twee beta eiwitten in. Primitieve diersoorten (bv.
wormen) bevatten enkel het alfa momomeer. In de evolutie is er een mutatie opgetreden bij dat
gen, waardoor de vroege vertebraten een dimeer van alfa bevatten. Nog later zien we dat het
dimeer alfa gen gedupliceerd is tot een dimeer beta. Dit is efficiënter want er kan meer zuurstof
binden.
Herhaalde genduplicaties en divergentie genen ontstaan aan de globine genfamilie
(feutale beta gen en adult beta
gen komen op een ander tijdstip
tot expressie)
Alfa gen is de bron van alle
varianten van dat gen
Niet elk van de genen die ontstaan
door gendupplicatie zijn
functionele genen. Soms gaan
geduppliceerde genen verloren
omdat ze geen functie verwerven.
Dat zijn pseudogenen. We vinden
die wel nog terug in het genoom.
Genduplicatie en mutaties accumuleren in de populatie als selectiedruk laag is - leidt tot
genetische drift (hoe vrij DNA kan muteren zonder gevolgen te hebben voor het organisme)
Voorbeeld: vitamine C bij primaten
Ongeveer 35 miljoen jaar geleden begonnen primaten meer fruit te eten, waardoor hun vitamine
C-inname toenam. Hierdoor verdween de selectiedruk op het GULO-gen, dat vitamine C
produceert. Mutaties in dit gen waren niet schadelijk omdat er voldoende vitamine C uit het dieet
werd gehaald. Hoewel we nog steeds het GULO-gen (=pseudogen) hebben, is het inactief door
mutaties, waardoor de mens vitamine C uit voedsel moet halen.
1.5. Genoomduplicaties kunnen nieuwe soorten doen ontstaan
Alle nucleotiden die we hebben verdubbelen. Bij de invertebraten is dit twee keer
voorgekomen, bij de vertebraten één keer en ook nog eens een keer bij sommige
vissen
5
, Opm: verwar genoomdupplicaties niet met chromosoomdupplicaties! (zie H19) = fouten die
optreden bij de meiose
(bv. Downsyndroom - extra kopei van chromosoom 21)
Dankzij een extra genoomduplicatie tegenover hogere vertebraten zijn vissen de meest
soortenrijke groep vertebraten
Genoom is gedupliceerd geweest en de genen kunnen nieuwe functies verwerven.
Het is niet zozeer het aantal genen dat belangrijk is, maar hoe die genen functioneel samenwerken
door genexpressie aan en uit te zetten dat de complexiteit bepaald van een organisme
1.6. Nieuwe genen kunnen ontstaan door exon duplicatie of shuffling
Exon dupplicatie: wanneer er een
exon wordt geduppliceert binnen
één gen
Eigenlijk zelfde principe als een
gendupplicatie maar in plaats van
de volledige gen de te dupliceren
gaan we een klein stukje
duppliceren - een exon. Dit gebeurt
bij de meiose wanneer er een cross
over gebeurt. De genen die worden
afgeschreven bevatten exon A en
exon B en daartussen zit een intron
- met de herhalingssequentie. Door de misalignemt komen de twee exonen niet mooi overeen en
zo ontstaat er een cross over die foutief is. Je zal een exon duppliceren - in dit geval exon B.
Exon shuffling: exons wisselen uit tussen twee
verschillende genen
Exon shuffling stelt nieuwe proteïnen samen uit verschillende domeinen (modulaire opbouw)
Exons zijn coderende gebieden die zo gegroepeerd zijn dat ze
een functioneel eiwit domein vormen. Bv: een eiwitdomein
van 30 à 50 aminozuren dat belangrijk is voor ATP te binden,
dat is een klein stukje van een groter eiwit. Dat wordt
gecodeerd door één exon. Een ander exon (weer 30 à 50
aminozuren) kan bv. belangrijk zijn voor glucose te binden.
6
