新功能化和亞功能化有什麼區別?


介紹

Theodosius 提出的概括已得到分子生物學和生物化學領域最新進展的證實。所有現代生物都起源於共同祖先,經過一系列微小的變化,每一次變化都比其他變化具有選擇性優勢,這得到了它們在不同門類之間代謝途徑和基因序列相似性的有力支援。

偶然的可遺傳突變產生更適合在生態位中生存的生物體及其優先選擇的子代。這種突變和選擇的過程是達爾文進化論的基礎,它從第一個細胞發展到所有現代生物。

新功能化

在基因複製事件之後,會產生原始基因的副本或旁系同源基因。雖然原始基因保留其祖先功能,但旁系同源基因會發生差異以獲得與原始基因完全不同的全新功能。整個基因複製過程被稱為新功能化。

這是一種適應性突變,其中複製基因獲得原始基因中不存在的全新功能。複製基因獲得的新功能是由於分子變化,這些變化幫助該基因承擔新功能。這種變化被認為是生物體分化的根本原因。

這個過程

這一切都始於基因複製過程,這是對不利環境條件的防禦機制的結果,因此導致產生兩個基因,第一個是保留祖先功能的原始基因,第二個是複製基因,它不繼承祖先功能,而是獲得保護基因免受逆境的新功能。

如果這種新功能被證明是有用的,它將被自然選擇選擇,並遺傳給下一代,並固定在特定群體中。複製基因的新功能歸因於祖先基因的冗餘性。

新功能的另一個原因是調控序列的變化或編碼區域的變化,但是具有新功能的複製基因的形成並不影響蛋白質或酶的作用。

新功能化的例子

新功能化的一個經典例子是南極帶䲁魚能夠承受南極地區的冰凍條件的能力。抗凍蛋白基因 III 是唾液酸基因複製的結果。這個新基因賦予了抵抗凍點降低的新特性,使它們能夠在南極極寒的環境中生存。

亞功能化——概述

在基因複製過程中,原始基因保持不變,具有祖先功能,併產生一個稱為旁系同源基因的複製基因,其功能可能與原始基因不同。

在亞功能化的情況下,不會賦予任何新功能,因此不會形成新的適應性。但是,形成的新基因有助於祖先基因執行其功能,即它與原始基因共同發揮作用。在這種型別的基因複製中,可以看到分工。

當其中一個基因被分段沉默導致其中一個功能的缺失時,就會出現差異,因此只剩下複製基因具有兩個功能中的一個功能。需要注意的是,原始基因能夠執行這兩項任務,但由於原始基因的丟失,複製基因只剩下一個功能。

亞功能化的例子

亞功能化的一個重要例子是人類中攜氧色素或血紅蛋白簇的形成。在脊椎動物的進化過程中,編碼這種蛋白質的基因已經透過各種方式被複制了幾次。最初,祖先基因和複製基因執行相同的功能,但在變化過程中,兩種基因都發生了差異,這對於生物體的正常功能是必需的。

新功能化和亞功能化的區別

新功能化亞功能化
發生基因複製,複製基因獲得新功能,而舊基因保留其祖先功能。發生基因複製,隨後基因分段,導致功能共享。
看不到分工。存在分工。
這些型別的基因複製導致適應性進化,以在給定的環境條件下生存。這些型別的基因複製導致趨異進化和與祖先物種相關的新品種的形成。
複製後以及在祖先基因存在的情況下,可以立即觀察到功能差異。一旦祖先基因沉默,就可以看到基因的亞功能。
新功能化的例子是南極帶䲁魚中抗凍蛋白的發展。亞功能化的例子是人類中血紅蛋白簇的形成。

結論

有人提出,新功能化和亞功能化都導致了進化。但是,對各種模型的研究證明,亞功能化實際上是各種物種趨異進化的真正原因。證據是在相似物種中存在相關基因。

但同樣明顯的是,新功能化幫助生物體很好地適應了給定的環境條件。即使它們彼此不同,但兩者都透過改變分子構成導致了現代生物體的進化。

更新於:2023年5月17日

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