Duplicatiedivergentie

Duplicatiedivergentie is een evolutionair proces waarbij genen dupliceren en daarna divergeren in hun sequentie en regulatie, waardoor verwante genfamilies ontstaan met verschillende functies. Door duplicatie ontstaat genetische redundantie die mutaties toelaat zonder direct de oorspronkelijke functie te verliezen, wat mogelijkheid biedt voor innovatie en aanpassing.

Duplicatie komt op verschillende niveaus voor. Voorbeelden zijn tandemduplicaties (naast elkaar gelegen kopieën), segmentale duplicaties en whole-genome duplicaties, die kunnen ontstaan door ongelijk homologe recombinatie, retrotranspositie of polyploïdie. Na duplicatie kunnen mutaties optreden in coderende delen of in regulerende elementen, wat leidt tot functionele veranderingen.

Uitkomsten van duplicatiedivergentie zijn onder meer neofunctionalization (de ene kopie krijgt een nieuwe functie), subfunctionalization of de- en compensatie van delen van de oorspronkelijke functie (het Duplication-Degeneration-Complementation-model), en pseudogene ontwikkeling (verdwijnen van functie). Hechting aan dosage-balans kan bovendien beperkingen opleveren op welke kopieën kunnen blijven bestaan.

Historisch gezien werd duplicatiedivergentie vaak besproken in termen van Ohno’s model van neofunctionalization, aangevuld met concepten zoals subfunctionalization en dosage-balans. Moderne onderzoeken benadrukken dat zowel neofunctionalisering als subfunctionalisering en regulatoire divergentie een rol spelen, afhankelijk van het organisme en de context.

Voorbeelden van duplicatiedivergentie komen uit veel organismen: bij dieren zijn Hox-genclusters en globine-genfamilies bekend om hun diverse functies; bij planten zijn talloze genfamilies ontstaan na hele-genom duplicaties; olfactorische receptorfamilies breiden vaak uit via duplicatie.

Duplicatiedivergentie is een kernconcept in de evolutionaire genomica, omdat het helpt verklaren hoe genfamilies zich uitbreiden en organismen nieuwe eigenschappen kunnen ontwikkelen.