9.9: דינמיקת הגנום
עד כה, מלבד החדרת DNA "חיצוני" ואירועי הרקומבינציה של מיוזה, ראינו את הגנום, שפעם עבר בירושה על ידי תא, כסטטי, אך התברר יותר ויותר כי הגנום דינמי יותר ממה שחשבו בעבר. לדוגמה, שקול את מספר המוטציות החדשות (SNPs וכאלה) המתעוררות בכל דור. ניתן להעריך זאת על סמך מספר הפעמים שמולקולת DNA משוכפלת בין היווצרות אורגניזם חדש (היתוך של תאים הפלואידים במהלך ההפריה) לבין יכולתו של אותו אורגניזם ליצור תאים הפלואידים חדשים (כ -400 אירועי שכפול באדם זכר, פחות בנקבה) ושיעור השגיאות של שכפול ה- DNA (~ 1 x 10 -10 לנוקלאוטיד לחלוקה.) מכיוון שכל תא דיפלואידי מכיל ~ 6 x 10 9 נוקלאוטידים, ניתן לצפות לכ -1 מוטציה חדשה לכל שני סבבים של שכפול DNA. ההערכה היא כי בהשוואה לכרומוזומים שהורינו סיפקו לנו, לכל אחד מאיתנו יש בין 60 ל -100 מוטציות חדשות בכרומוזומים שלנו. בהתחשב בכך שפחות מ -5% מה- DNA שלנו מקודד למוצרי גנים, רק מעטות מהמוטציות החדשות הללו עשויות להשפיע על אזור המקודד גנים או על ביטויו. גם כאשר הם מתרחשים באזור הקידוד של הגן, יתירות הקודונים פירושה ש-SNPs רבים לא יובילו לשינויים משמעותיים מבחינה תפקודית במוצרי הגנים. עם זאת, אפילו מוטציות "ניטרליות" לכאורה יכולות להוביל לשינויים בגנוטיפ שיכולים להשפיע על הפנוטיפ, וכך להשפעות אבולוציוניות. כפי שכבר דנו, באוכלוסיות קטנות סחף גנטי יכול להשפיע אם אללים חדשים (עם השפעות לא קטלניות) נשמרים באוכלוסייה..
בנוסף למוטציות הנקודתיות הנובעות מטעויות בשכפול ה-DNA, נחשף סוג אחר לגמרי של וריאציה גנומית במהלך מחקרי רצף הגנום. אלה ידועים בשם "גרסאות מבניות". הם כוללים היפוך של הכיוון של אזור DNA (היפוך) והוספות או מחיקות רצף, המכונות וריאציות של מספר העתקים).. 272
כפי שצוין קודם לכן ~ 50% מהגנום האנושי, ורמות דומות בגנום אוקריוטי אחר, מורכב מרצפים דמויי וירוסים שונים. רוב אלה הושפל על ידי מוטציה, אך חלקם נותרו פעילים. לדוגמה, ישנם ~ 100 טרנספוזונים מסוג L1 שעלולים להיות פעילים (המכונים אלמנטים LINE) בגנום האנושי (שלך) 273. אזורי DNA ארוכים של 6000 זוגות בסיסים מכילים גנים המקודדים לחלבונים המעורבים ביצירת והעברת עותק של עצמם למיקום אחר בגנום. לחלק מהגרסאות הגנומיות אין השפעות פנוטיפיות ישירות. לדוגמה, אזור של כרומוזום יכול להיות "הפוך"; כל עוד אין רצפים רגולטוריים או קידוד מופרעים, ייתכן שלא תהיה השפעה ברורה על הפנוטיפ. עם זאת, להיפוך גדול או לתנועות של אזורים של מולקולות DNA בין כרומוזומים יכולות להיות השפעות על זיווג הכרומוזומים במהלך המיוזה. ההערכה היא כי כל אדם מכיל כ -2000 "גרסאות מבניות" 274.
נקודה חשובה עם כל סוגי הגרסאות החדשות היא שאם הם מופיעים בסומה, כלומר בתאים שאינם מולידים את התאים הפלואידים (גמטות) המעורבים ברבייה, הם יאבדו כאשר האורגניזם המארח ימות. בשלב זה, אין עדות להעברת גנים אופקית בין תאים סומטיים. יתר על כן, אם מוטציה משבשת פונקציה חיונית, התא המושפע ימות, ויוחלף בתאים נורמליים שמסביב. לבסוף, כפי שדנו בעבר ונדון בהמשך, אורגניזמים רב תאיים הם מערכות חברתיות. ניתן לראות במוטציות, כמו אלה שמולידות סרטן, כמרמות את המציאה האבולוציונית (השיתופית) שעליה מבוססים אורגניזמים רב-תאיים. לעתים קרובות זה המקרה שלאורגניזמים יש מערכות שיטור פנימיות וחברתיות כאחד. תאים מוטנטים לעתים קרובות הורגים את עצמם באופן פעיל (באמצעות אפופטוזיס) או, במיוחד באורגניזמים עם מערכת חיסונית, ניתן לזהות אותם ולהרוג אותם באופן פעיל.