Subgenomien

Subgenomien bezeichnen in der Genomik die unterschiedlichen ursprünglichen Genomeinheiten, die zusammen das Genom eines Polyploiden bilden. Der Begriff wird vorwiegend bei Allopolyploiden verwendet, also Organismen, die aus der Hybridisierung zweier oder mehrerer, äußerlich unterschiedlicher diploider Vorläufergenome hervorgegangen sind und deren Genome nach der Verdopplung als gemeinsamer Chromosomensatz vorliegen. In Autopolyploiden, deren Genome eng verwandt sind, spielen Subgenomien eine geringere oder schwer abgrenzbare Rolle.

Entstehung und Identifikation erfolgen typischerweise durch Hybridisierungsvorgänge gefolgt von Genomverdopplung oder Genomeinlagerung. Die Zuordnung von Genen oder Chromosomen zu konkreten Subgenomen erfolgt durch Vergleich mit Sequenzdaten der diploiden Vorläuferarten, Syntenie-Analysen, Unterschiede in repetitiven Elementen und charakteristische Marker. Moderne Genomsequenzierung und vergleichende Genomik ermöglichen es, Subgenom-assoziierte Muster wie unterschiedliche Genverluste (Fractionation), Divergenzgrade und Subgenom-spezifische Expression zu erkennen.

Dynamik und Evolution: In vielen Allopolyploiden zeigen Subgenome eine divergente Entwicklung. Unterschiede in Genverlust, Genom-Neuanordnungen und epigenetische Regulation führen zu Subgenom-Dominanz, bei der eines der Subgenome stärker exprimiert oder funktionell stärker vertreten ist. Über lange Evolutionszeiträume hinweg können Beiträge der Subgenome schwanken, wodurch die genomische Struktur und die trait-assoziierte Genexpression variieren.

Beispiele und Bedeutung: Wichtige Allopolyploide wie Weizen (A-, B- und D-Subgenom) oder Baumwolle (A- und D-Subgenom) dienen als Modell für Subgenom-Konzept und Polyploidie. Das Verständnis von Subgenomien unterstützt Züchtung, Genfunktionsanalysen und das Verständnis der Evolution polyploider Arten sowie der Genomorganisation in komplexen Pflanzen.