7.15A: Familias de genes

Las familias de genes son grupos de genes funcionalmente relacionados que surgen de un gen duplicado.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Distinguir familias de genes de complejos génicos

Claves para llevar

Puntos Clave

• Los genes se duplican en tiempos evolutivos. Al duplicar esto puede conducir a familias de genes relacionados. Dado que provienen del mismo gen progenitor, a menudo tienen funciones bioquímicas relacionadas.
• Las familias de genes pueden expandirse y contraerse en escalas de tiempo evolutivas.
• Los complejos génicos son grupos de genes que funcionan de manera similar a las familias de genes; sin embargo, no es necesario que surjan de la duplicación génica.

Términos Clave

• filogenético: De o relacionado con el desarrollo evolutivo de organismos.
• estructura secundaria: La estructura tridimensional general de un biopolímero como el ADN o una proteína.

Una familia de genes es un conjunto de varios genes similares, formados por la duplicación de un solo gen original, que generalmente tienen funciones bioquímicas similares. Una de esas familias son los genes de las subunidades de hemoglobina humana. Los 10 genes se encuentran en dos grupos en diferentes cromosomas, llamados loci α-globina y β-globina. Los genes se categorizan en familias basadas en secuencias de nucleótidos o proteínas compartidas. Las técnicas filogenéticas pueden ser utilizadas como una prueba más rigurosa. Las posiciones de los exones dentro de la secuencia codificante pueden usarse para inferir ascendencia común. Conocer la secuencia de la proteína codificada por un gen puede permitir a los investigadores aplicar métodos que encuentran similitudes entre secuencias proteicas que proporcionan más información que similitudes o diferencias entre secuencias de ADN. Además, el conocimiento de la estructura secundaria de la proteína da mayor información sobre la ascendencia, ya que la organización de los elementos estructurales secundarios presumiblemente se conservaría aunque la secuencia de aminoácidos cambie considerablemente.

Figura: Evolución de una Familia de Genes: El cruce desigual genera familias de genes. El lado izquierdo ilustra un evento de cruce desigual y los dos productos que se generan. Un producto se elimina y el otro se duplica para la misma región. En este ejemplo, la región duplicada contiene una segunda copia completa de un solo gen (B). El lado derecho ilustra una segunda ronda de cruce desigual que puede ocurrir en un genoma homocigótico del cromosoma duplicado original. En este caso, el evento de cruce se ha producido entre las dos copias del gen original. Solo se muestra el producto duplicado generado por este evento. Con el tiempo, las tres copias del gen B pueden divergir en tres unidades funcionales distintas (B1, B2 y B3) de un grupo de familias génicas.

Estos métodos a menudo se basan en predicciones basadas en la secuencia de ADN. Si los genes de una familia de genes codifican proteínas, el término familia de proteínas se usa a menudo de manera análoga a la familia de genes. La expansión o contracción de familias de genes a lo largo de un linaje específico puede deberse al azar o puede ser el resultado de la selección natural. Distinguir entre estos dos casos suele ser difícil en la práctica. Un trabajo reciente utiliza una combinación de modelos estadísticos y técnicas algorítmicas para detectar familias de genes que están bajo el efecto de la selección natural.

Por el contrario, los complejos génicos son simplemente grupos de genes estrechamente unidos, a menudo creados a través de la duplicación génica (a veces llamada duplicación segmentaria si los duplicados permanecen uno al lado del otro). Aquí, cada gen tiene una función similar aunque ligeramente divergente.