Zdvojení genomu jako evoluční příležitost

Mutace jsou „palivem“ evoluce – vytvářejí genetickou variabilitu, z níž pak může selekce vybírat vhodné kombinace alel, což vede například k novým adaptacím. Pod pojmem mutace si většinou představíme substituce – drobné záměny jednotlivých „písmenek“ (nukleotidů) v molekule DNA. Existují však i mnohem větší mutace: namnožení celých genů a genových rodin, přeskládání části chromozomů, a dokonce zdvojení kompletní genetické informace v buněčném jádře – genomová duplikace, polyploidizace.

Kdybychom užili oblíbeného příměru, zatímco substituce představují pouhý překlep, genomová duplikace zdvojí všechna písmenka v knize! Navzdory tomu, že polyploidizace je tak rozsáhlou mutací, setkáváme se s ní v přírodě překvapivě často – přeborníkem jsou rostliny, včetně klíčových plodin, ale častá je i u některých skupin živočichů, především u hmyzu a ryb. Pokud právě ke čtení přikusujete pšeničné pečivo, chroupete bramborové lupínky, jíte banán nebo pijete kávu, máte co do činění s polyploidním rostlinným mutantem. Přes tuto důležitost jak z evolučního, tak i z ekonomického pohledu toho však stále víme o přírodních procesech řídících osud polyploidů velmi málo.

Od jejího objevu před více než sto lety obestírá genomovou duplikaci velká záhada. Jak může tak velká mutace vést k životaschopnému a často i úspěšnému potomstvu? Je zjevné a experimentálně prokázané, že nově vzniklí polyploidi (polyploidy lze totiž snadno uměle vytvořit pomocí látek zastavujících buněčné dělení) mívají často velké problémy s buněčnými procesy a rozmnožováním. Zdvojení genetické informace totiž nutně vede ke zvětšení jádra, což se zase promítá do většího objemu celé buňky. Dalším důsledkem jsou změny v expresi genů a v epigenetické kontrole, která může mít často zhoubné důsledky: například epigeneticky kontrolované úseky mobilní DNA, transpozony, se mohou „utrhnout ze řetězu“ a začít skákat po genomu, což vede k dalším mutacím.