Vol. 2° -  XIX.3.

Evoluzione delle Famiglie Multigeniche
per duplicazione genica

Negli eucarioti frequentemente si riscontrano copie multiple di geni, tutte con sequenza identica o simile. Un gruppo di tali geni è detto famiglia multigenica, che corrisponde a un insieme di geni correlati che si sono evoluti da un certo gene ancestrale mediante un processo di duplicazione genica. I membri di una famiglia genica possono trovarsi raggruppati oppure dispersi su cromosomi diversi.

Un esempio di famiglia multigenica è rappresentato dai geni della globina, che codificano per le catene polipeptidiche costituenti la molecola dell’emoglobina. Nell’uomo, la famiglia multigenica della globina è composta da 7 geni a-simili sul cromosoma 16 e da 6 geni b-simili sul cromosoma 11. I geni per la globina si trovano anche in altri animali, e geni globina-simili vengono trovati persino nelle piante, per cui dovrebbe trattarsi di una famiglia genica molto antica.

Nelle specie animali quasi tutti i geni globinici funzionali possiedono la stessa struttura generale, che consiste in 3 esoni separati da due introni. Tuttavia, il numero di geni globinici, e il loro ordinamento, variano a seconda della specie. Dal momento che tutti i geni globinici hanno similarità di sequenza e di struttura, sembra che un gene globinico ancestrale (forse correlato al gene attuale per la mioglobina) si duplicò e produsse per divergenza un gene a-simile ancestrale e un gene b-simile ancestrale. Questi due geni andarono incontro a ripetute duplicazioni, dando luogo ai vari geni a-simili e b-simili presenti nei vertebrati odierni.

Duplicazioni geniche ripetute, come quelle che hanno dato luogo alla famiglia genica per la globina, sembrano un avvenimento evolutivo frequente e, in effetti, il numero di copie dei geni globinici varia in alcune popolazioni umane. Ad esempio, la maggior parte degli uomini possiede due geni per l’a-globina sul cromosoma 16; tuttavia alcuni individui presentano sul cromosoma 16 un unico gene per l’a-globina, mentre altri individui presentano, su uno dei loro cromosomi, tre o anche quattro copie del gene per l’a-globina.

Queste osservazioni indicano che la duplicazione e la delezione di geni in una famiglia multigenica sono processi costanti e in divenire. Le duplicazioni e le delezioni geniche avvengono spesso a causa di un cattivo allineamento delle sequenze durante il crossingover, che in questo caso è detto crossingover ineguale.

Le duplicazioni possono insorgere anche per trasposizione. In seguito a duplicazione genica, le copie separate di un gene possono andare incontro a cambiamenti nella sequenza. In alcuni casi avvengono mutazioni che rendono non funzionale una copia del gene, creando uno pseudogène. In altri casi, variazioni della sequenza nucleotidica possono portare a funzioni differenti da parte dalla proteina prodotta.