GENOMDA GEN Yakın akraba bakteri türlerinde genom dizilerinin çok benzer olduğunun belirlenmesi ile birlikte, bakteriyal genomlara bakış açımız kökten değişime uğramıştır. 16S rRNA dizilerindeki küçük farklılıkların bütün genomda büyük değişimlere neden olduğu görülmüştür. Yakın ilişkili genomlar arasındaki farklanmanın büyük çoğunluğunun gen duplikasyonunun da dahil olduğu genomik yeniden düzenlenmelerin yanı sıra yatay gen transferi yolu ile gen kazanımı ya da kaybından ileri geldiği belirlenmiştir.

Bu mekanizmalar yolu ile genomda meydana gelen değişimler, organizmalara farklı çevresel koşullarda canlı kalma avantajı sağlar. Bununla birlikte; genlerin duplikasyonu ya da aktarılabilirliği yalnızca organizma düzeyinde değil, gen düzeyinde de doğal seçilimin işleyişini beraberinde getirir. Organizmaya canlı kalma avantajı sağlar.

Genlerin genom ile bağlantıları, bu seçici baskının üstesinden gelebilme yetenekleri ile doğrudan ilişkilidir. Analizler sonucunda 16s rRNA dizisindeki çok küçük bir değişikliğin, bütün genomda büyük değişiklikleri beraberinde getireceği anlaşılmıştır.

Özellikle; transpozonlar, fajlar ve plazmidlerin dahil olduğu mobil genetik elemanlar (MGE’ler), yakın ilişkili türler arasındaki gen farklılıklarının büyük kısmından sorumludur. Bununla birlikte, büyük duplikasyonları delesyonlar ve inversiyonların da dahil olduğu genomik yeniden düzenlenmeler laboratuvar ortamında geliştirilen hücrelerde de gözlenmiştir.

MGE’lerin bencil şekilde evrimleştikleri araştırıcılar tarafından uzun zamandır bilinmekteydi. Bununla birlikte, HGT’den dolayı bencil, mobil DNA ve hareketsiz konak genomu arasındaki ayrım oldukça belirsizdir. Daha önce de belirttiğimiz gibi her gen doğal seleksiyona farklı düzeyde cevap verir. 1)Bencil: duplikasyon yolu ile kendilerini çoğaltır ve intragenomik translokasyon ya da HGT ile göç ederek 2) Kooperatif: Entegre oldukları gen bölgesinin replikasyon yetenekleri ile uzun süre kalıcı olmaları doğru orantılıdır.

GEN KOPYA SAYISI Genom karşılaştırma analizleri ve laboratuvar denemeleri sonucunda genetik duplikasyonların ve büyük gen amplifikasyonlarının yaygın durumlar olduğu ortaya çıkmıştır. Son yapılan çalışmalar sonucunda, hücre bölünmesi başına 10-3-10-6 bölge duplikasyonu gerçekleşirken, bu oranın nokta mutasyonundan 103-106 kat fazla olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, gen duplikasyonundan sonra ilave kopya sayısı yükselmeleri, yüksek düzeyde gerçekleşmektedir (hücre bölünmesi başına 10-2).

Genom dizi analizleri yaşam türlerinin tamamının gen duplikasyonları ile dolu olduğunu göstermiştir. Arke, bakteri ve ökaryotlara ait mevcut genom dizileri incelendiğinde, çok sayıda gen duplikasyonları içerdikleri ve soya özgü gen genişlemesi taşıdıkları belirlenmiştir.

DUPLİKASYON BECERİSİ:SEÇİCİ ZORLAMA Genom dizi analizleri ve deneysel çalışmalar, duplikasyon sıklığının genler arasında farklılık gösterdiğini belirlemiştir. S. enterica kültürüne bakıldığında, spesifik bir gen bakımından duplikasyon içerenlerin oranı %0.0005-%3 arasında değişim göstermektedir. Benzer şekilde, pek çok organizma ile yürütülen bilgisayar analizleri sonucunda, bir gen ailesinin kendini çoğaltmasının ya da genom içinde yayılma eğiliminin oldukça değişken olduğu belirlenmiştir.

Bazı genler evrensel olarak genom içinde neredeyse tek kopya sayısında bulunurken, diğerleri küçük gen aileleri oluşturur ve son olarak da bazıları çok çeşitli organizmalarda çok sayıda karşımıza çıkabilir. Bakteri genomundaki yeri DNA dizisinin duplikasyon oranını etkilese de, farklı kısımların duplikasyon yeteneği genellikle ilgili duplikasyonun uyum değerinden (fitness cost) etkilenmektedir.

Bu hipoteze göre protein komplekslerinin alt ünitelerini kodlayan genler düşük düzeyde duplikasyon eğiliminde olmalıdır çünkü bu eğilim yüksek olur ise, doz dengesizliği ortaya çıkar. Araştırıcılar tarafından ortaya konulan bu hipotez Saccharomyces cereviseae genom analizlerine dayanmaktadır ve gerçekten de mayalarda protein alt ünitelerinde ya da protein komplekslerinde gen duplikasyon miktarı azalma göstermektedir.

Duplikasyonun hetero-kompleks (farklı alt ünitelerinden oluşan kompleks) proteinlerde problem teşkil etmektedir. Ancak E. coli ile yürütülen analizler sonucunda, protein kompleksitesi ve duplikasyon arasında genel bir korelasyon belirlenmemiştir.

Gen duplikasyonu ile ilişkili farklı faktörler de tanımlanmıştır. Gen duplikasyon düzeyi yalnızca molekül komplekslerini değil yolakları da etkilemektedir. Örneğin bir yolağın merkezinde bulunan, yolakta büyük rol oynayan bir proteinde duplikasyon düzeyinin düşük olduğu belirlenmiştir.

Örneğin fungal genomlarda mayalar için oldukça önemli olan genlerin, neredeyse her zaman tek kopya halinde olduğu belirlenmiştir. Ek olarak, bu tek-kopya evrensel fungal genler çok kopyası bulunan fungal genlere kıyasla, daha yavaş evrimleşmektedir. Bunun aksine, araştırmalar sadece evrensel genlerle sınırlandırılmadığında, yavaş evrimleşen dizilerin bakteri ve mayalarda daha sık duplike olduklarının bulunması, genlerin çeşitliliğine göre duplikasyon gücünün ve dizi değişiminin de farklandığı belirlenmiştir.