La mida del genoma seria constant si els únics mètodes per produir canvis en el genoma fossin: deriva genètica, mutacions, migracions. La grandària del genoma ha anat augmentant en el curs de l'evolució així com la complexitat dels mecanismes que actuen. En l'actualitat alguns mecanismes són ben coneguts; altres no.

El "molecular drive" (deriva molecular) segons Dover engloba mecanismes que provoquen mutacions no equivalents a les puntuals, de taxa elevada i que provoquen canvis puntuals. Entre ells:

• Transposició gènica
• Entrecreuament desigual
• Conversió gènica
• Duplicació gènica

Existeixen seqüències de DNA que poden saltar dins del genoma de una posició a una altre, són els elements mòbils o elements transponibles. (De manera més estricta, gens saltadors o transpossons).

Transmissió gènica horitzontal

Els bacteris poden adquirir DNA del medi i incorporar-lo al seu genoma (transformació), es a dir, es produeix intercanvi entre espècies diferents. També es pot produir entre procarionts i eucarionts o entre eucarionts.

Les taxes són de 10^-2 a 10^-4 fenòmens per generació.

Existeixen dos tipus:

No replicativa - L'element transponible salta a una altra posició denominada diana (la seqüència que hi ha en aquesta regió queda duplicada abans i després del transpossó ????). En el lloc d'origen no queda la informació. Exemple els gens saltadors del blat de moro descrits per la Barbara McKlintock.
Replicativa - Es produeix una duplicació del transpossó i després un salt en el DNA. La diana també queda duplicada.

Transmissió gènica no replicativa El fragment genètic blau desapareix del seu lloc d’orígen i es trasllada a una altre lloc del genoma on s’insereix.	Transmissió gènica  replicativa El fragment genètic blau no desapareix del seu lloc d’orígen i quan es trasllada a una altre lloc del genoma on s’insereix.

Retrotranspossició

El transpossó prèviament es transcrit en RNA. ???? i a apartir d'aquest es fa una copia en DNA que és el que es transpossa. En aquest cas també queda còpia en el lloc original.

Alguns transpossons només són transpossats en casos concrets, per exemple: el elements P de Drosophila son mòbils només en cèl·lules germinals. Altres vegades s'insereixen sempre en un mateix lloc del genoma, per exemple: L'operó de la galactosa de E. coli. El fago Mu quan salta es pot transposar a qualsevol lloc del genoma del bacteri. Els elements T? de Drosophila sempre salten al cromosoma Y.

La retrotranspossició usa com intermediari RNA. En aquest cas el promotor es transcriu gràcies a l'enzim RNA-polimerasa III. La retrotranscriptasa inversa sintetitza el DNA a partir de l'RNA.

Etapes:

• GAG - codifica una poliproteïna modificada postraduccionalment per donar diverses proteïnes que formaren la capsida i la matriu ??? del virió.
• POL - codifica una poliproteïna que postraduccionalment es tallada en tres fragments: una transcriptasa inversa, una integrasa (que permet integrar el genoma viral en el de la cèl·lula) i una proteasa que catalitza tots el processos de maduració de les poliproteïnes.

Per poder començar el procés, el virus porta dins seu una molècula de proteasa procedent de la infecció anterior.
• ENV - codifica glicoproteïnes de la coberta que reconeixen les cèl·lules diana.

Altres tipus d'elements transponibles són:

Retroelements són tots els que codifiquen la transcriptasa inversa; no tots són transponibles. Així, els pararetrovirus no es poden transposar, mentre que els retrovirus si.

Els retrotranspossons no tenen el gen ENV, pel que no poden formar proteïnes de coberta i per tant no poden infectar altres cèl·lules com a virions; però tot i així, són transponibles.

Els elements transponibles tenen importància evolutiva, ja que al poder saltar donen lloc a canvis en el genoma, el que origina variabilitat genètica.

Per exemple, el virus VIH té una taxa de mutacions de l'ordre d'un milió de vegades més alta que la dels humans. Es degut a que la transcriptasa inversa no té correcció d'errors (com tenen les DNA-polimerases). Una taxa de mutació tan alta representa un avantatge evolutiu, doncs li permet escapar als mecanismes de defensa del cos humà.

Aquesta taxa tan alta es pot usar per seguir el procés de la infecció. Per exemple, en el cas del dentista de Florida.

En 1990, al centre de control d'Atlanta arribà una noia que s'havia infectat. Es va arribar a la conclusió de que l'infector era el seu dentista, portador de la sida. Es va estudiar un tros del gen ENV de virus obtinguts de 7 pacients suposadament infectats pel mateix dentista. Amb les dades de la seqüenciació es va fer un arbre filogenètic. Del dentista es van obtenir dues mostres, que degut a la pròpia variabilitat del virus, eren diferents. Dels 7 pacients, 5 presentaven seqüències molt properes a les del dentista. Hi havia 2 diferents, en els que fallava la hipòtesis d'infecció pel mateix; eren els únics dos que tenien risc d'haver-se infectat per altres medis: l'un era drogaaddicte i l'altre homosexual.

Veiem que podem parlar d'evolució a una escala molt petita.
 

Entrecreuament desigual

És el principal mecanisme que explica la formació de nous gens (creixement del genoma). Si podem duplicar gens, aquests poden adquirir noves funcions.

Per fer l'entrecreuament, generalment es produeix un aparellament entre cromosomes (cromàtides homòlogues). De vegades, quan existeixen seqüències semblants en llocs no homòlegs, les cromàtides no s'aparellen bé, i es dóna l'entrecreuament desigual.

El resultat és que hi ha gens que es dupliquen en una cromàtida i falten en l'altre, pel que l'una és més gran que l'altra.

Les duplicacions no solen ser perjudicials, però les pèrdues són deletèrees.

Exemple: existeixen diversos tipus de globines humanes (lepore i antilepore, el duplicat) generades per aquest mecanisme. Es produeix en mig de les cadenes alfa i beta. Provat per que es detecten polipèptids híbrids.

Quan una part del genoma es duplica, poden passar diferents coses:

Pot passar successives vegades. pel que resulten n còpies del mateix fragment.

Exemple 1: gens de l'RNA ribosòmic en eucariotes. Un gen té la informació del 18S, 5,8S i 28S seguides, donant un sol transcrit primari. En diverses espècies hi ha diferent nº de còpies, i totes mantenen la funció. Ex. en mitocondris humans, 1 còpia; en micoplasma, 2; en E. coli, 7; en Drosophila, 130-250; en Homo, ~300; i en Xenopus (gripau africà), 400-600. És lògic per que calen molts ribosomes especialment quan les cèl·lules es divideixen durant el creixement embrionari.

Exemple 2: cas de les histones, responsables del enrrotllament de l'DNA i de l'estructuració en solenoide. S'han conservat al llarg de l'evolució i amb la mateixa funció per a tots els organismes (de la més nova a la més vella, només hi ha un aa de diferència). Estan en tàndem en el genoma i hi ha diferent nº de còpies. Ex: garota, de 300-3000 còpies; Xenopus, 20-50; Homo, 30-40.
 

Conversió gènica

Té com a conseqüència evolutiva la homogeneització de seqüències nucleotídiques. Es produeix quan es reparen els productes de recombinació.

El model de Holiday de recombinació a nivell molecular és el més acceptat actualment (és antic).

Dues cadenes de DNA pertanyents a dues cromàtides homòlogues es col·loquen enfrontades i de forma que els brins en contacte tinguin la mateixa polaritat.

Una ribonucleasa????? talla els dos brins que estan en contacte, a la mateixa alçada.

Una ligasa enganxa cada bri amb l'extrem de l'altre, formant una estructura creuada en forma de ji, amb una cadena superposant-se a l'altre.

Si el creuament (ji) es desplaça lateralment, es formen regions heteroduplex de parelles de bases no complementàries, per tenir origen diferent.
 
 
 
 

Tota l'estructura s'obre per rotació de 180º de una meitat.
 
 
 
 
 
 
 

Es poden produir talls en direcció N-S o E-W. Un cop efectuada la unió de les cadenes tallades podem considerar dos possibilitats.
 
 
 
 
 

A nivell molecular el crossing-over porta a la aparició de regions heteroduplex, que poden ser molt grans, d'una longitud de mil·lers de parells de bases i que afecten com a mínim a un gen. La cèl·lula repara aquestes regions per fer-les complementàries.

El mecanisme de reparació consisteix en substituir les bases d'una cadena per les complementàries de l'altra. Segons quina cadena es prengui com motlle poden produir-se canvis genètics.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Cas de les asques de Neurospora

Neuropora és un fong amb hifes haploids i cicle biològic haplont. Les espores es formen després d'una meiosi seguida d'una mitosi (en cada asca es formen 8 espores). Espècie usada per estudis de meiosi creuant filaments genèticament diferents. Un d'aquests caràcters és la pigmentació de les espores, que poden ser blanques o negres. El resultat més freqüent és 4 d'un color seguides de 4 de l'altre.  Sovint apareixen ordenacions diferents,  però mantenint les proporcions; es donen quan ha hagut recombinació. Molt rarament, apareixen asques amb proporcions diferents: 5 i 3, 6 i 2 o 7 i 1,  aparentment inexplicables i d'heterodúplex.

Si els heterodúplex no han estat corregits al produir-se la mitosi, ja no es corregeixen, doncs cada cadena forma la seva complementària en la replicació, i desapareix l'heterodúplex. En aquest cas el resultat és el normal.

De vegades, entre la meiosi i la mitosi final es corregeixen els heterodúplex d'alguns nuclis o de tots ells; en aquests casos, si els fragments heterodúplex afecten al gen que determina el color de les espores, es poden obtenir les combinacions atípiques. Aquestes apareixen al obtenir-se més nuclis amb la informació de la cadena usada de motlle en la reparació que nuclis amb la informació que s'ha descartat. Així, si només s'ha reparat l'heterodúplex d'un dels nuclis, obtindrem 5 i 3. Si es reparen dos i en tots dos s'ha descartat la mateixa cadena, 6 i 2, i així successivament.
 

La reconversió generalment és esbiaixada. Uns al·lels tenen més tendència que altres a ser reparats, això porta a homogeneitzar seqüències. El al·lels que es reparen més tenen tendència a desaparèixer.

Existeix conversió al.lèlica dins de la mateixa cromàtida, entre cromàtides diferents/germanes però no al.leliques i fins i tot entre gens de cromosomes no homòlegs (ectòpica).

En resum, la conversió gènica:

• S'ha observat en tots els loci.
• Es presenta amb una freqüència del 0,5 - 18 % (varia segons loci). És molt alta.
• No sempre es reparen els al.lels.
• El biaix fa que els dos al·lels no siguin equiprobables.
• La mida de la regió heteroduplex pot oscil·lar entre uns pocs parells de bases i més de 12.000.

Duplicació gènica

Nivells a que es dóna:

Un domini d'una proteïna es una regió d'aminoàcids amb estructura ben definides (per exemple en proteïnes transmembranals, formen les parets dels canal iònics). Els dominis funcionals tenen una funció determinada, com unir-se a un substrat; no hi ha proximitat entre els aa que el constitueixen, que poden trobar-se escampats per tota la proteïna.

En proteïnes globulars existeix correspondència biunívoca entre les posicions dels exons del gen i els dominis de les proteïnes.

Casos:

1. 1 exó codifica exactament un domini.
2. 1 exó codifica aproximadament un domini.
3. 1 exó codifica més d'un domini.
4. Mes de 1 exó codifica un domini.
5. Cap relació

E1--I1--E2--I2--E3--I3--E4--I4--
E1--I1--E2--I2--E3--I3--

Si I1 i I2 tenen semblança, es pot donar entrecreuament entre ells, resultant:

E1--I1--E2--I2/1--E2--I2--E3--I3--E4--I4--
E1--I1/2--E3--I3--

El resultat és que un exon s'ha duplicat en una de les cromàtides i perdut en l'altra (sol ser per aquesta segona una mutació deletèrea). L'increment d'un exon pot fàcilment ser funcional, i de vegades incrementar la seva eficàcia.

Hi ha exemples que demostren que és un mecanisme molt freqüent, i més en vertebrats que en invertebrats.

Exemple: L'Haptoglobina humana (proteïna encarregada de reciclar el Fe en la degradació de l'Hb). Es tracta d'una seqüència de 84 aminoàcids. Existeixen dos al.lels: a1(F) i a1(S), separables per electroforesi (F = fast, S = slow). Existeix un altre al.lel a2 que codifica una mol.lècula de 143 aminoàcids, amb una seqüència híbrida de a1(F) i a1(S). Es tractaria d'una modificació posterior a la separació evolutiva de la branca humana de la dels ximpanzés (fa entre 4 i 5 milions d'anys) doncs aquests animals no la posseeixen. L'al.lel a2 es presenta amb una freqüència des 30 - 70 % en els caucàsics i pot acabar estenent-se per la seva major eficàcia, ja que presenta més afinitat pel Fe que les formes a1 i es tracta doncs d'una modificació beneficiosa.

Exemple: El col.lagen està format per tres cadenes polipeptídiques enrotllades helicoidalment, amb una repetitivitat d'aa molt alta.

El gen a2 del col·lagen de tipus I del pollastre té 38 Kbases i 52 exons (molts!!!) la part del gen que codifica l'hèlix de col.lagen té 42 exons.

Tots els grups 45, 54, 99... són divisibles per 9.

L'exó de 54 pb està molt repetit. Podria ser l'exó ancestral que per entrecreuament desigual produït diverses vegades ha donat el gen resultant.

El gen del col.lagen s'ha produït per repetició d'un gen ancestral de 54 parells de bases.