Genomduplizierung, Genomduplikation

Als Genomduplizierung bezeichnet man die Vervielfältigung ganzer Genome. Ein Organismus wird dadurch mit zusätzlichen Kopien des Genoms ausgestattet. Bei Pflanzen kommen Genomduplikationen im Verlauf der Evolution häufig vor. Im einfachsten Fall entsteht eine Genomverdopplung durch die Vererbung von jeweils zwei Kopien des Genoms beider Elternteile. Ein ursprünglich diploider Organismus verfügt somit über insgesamt vier Kopien von Chromosomen und wird als tetraploid bezeichnet.

Duplizierte Genome können stabil erhalten bleiben (Polyploidie) oder im Laufe der Evolution wieder verloren gehen, wobei einige duplizierte Gene erhalten bleiben können. Das ist möglich, weil Gene bei der Meiose durch Crossing-over von einem Chromosom auf ein anderes gelangen können.

Für die Differenzierung von Genfunktionen kommt der Genomverdopplung eine große evolutionäre Bedeutung zu. Falls nach einer Genomverdoppelung beide Genkopien erhalten bleiben, gibt es grundsätzlich vier Möglichkeiten für die Funktionsausprägung eines Gens:

1. beide Kopien behalten das gleiche Expressionsmuster und die gleiche Proteinfunktion;

2. die ursprüngliche Genfunktion wird zwischen beiden Genkopien aufgeteilt, jede ist dann nur noch für einen Teil der ursprünglichen Aufgabe verantwortlich (Subfunktionalisierung);

3. eine oder beide Genkopien verändern ihr Expressionsmuster, sie behalten also ihre ursprüngliche Funktion, unterscheiden sich aber dadurch, wann und wo sie abgelesen werden (regulatorische Neufunktionalisierung) oder

4. eine oder beide Genkopien verändern durch eine Mutation ihre Proteinfunktion (kodierende Neufunktionalisierung).