¿Cómo podrían evolucionar grupos de genes como el operón lac?

Los operones, a menudo, pero no siempre, contienen grupos de genes (bajo el control de una región operadora) que están involucrados en la misma vía metabólica. Ha habido varias teorías sobre cómo han surgido estos grupos de genes, pero el sentimiento actual parece estar basado en la regulación de los genes en cuestión 1 . Para facilitar la regulación génica coordinada, puede haber habido una fuerte selección para la agrupación física de genes implicados en un proceso particular. Al estar agrupados físicamente, esto también significa que todos los genes dentro de un operón dado probablemente estén sujetos a la misma remodelación de la cromatina y luego se activarán y desactivarán más fácilmente en las condiciones apropiadas, es decir, todos se activarán cuando se necesiten y se desactivarán cuando sea necesario. no son.

Se han encontrado operones con genes dispuestos de manera similar en diferentes microorganismos, lo que lleva a pensar que el operón era un arreglo antiguo y evolutivamente conservado [2]. La siguiente figura de Fani et al. 2005 presenta dos formas posibles de generar el estado actual de la organización del genoma de las proteobacterias actuales.

Si el operón es un arreglo antiguo, predeciríamos una alta conservación de genes dentro de los operones; pero el análisis del genoma de diferentes microorganismos muestra que este no es el caso (es decir, la conservación de genes es baja y los operones son bastante inestables). En consecuencia, otro autor sugiere que debido a la falta de conservación, la estructura del operón es bastante plástica y puede cambiar fácilmente durante la evolución [3]. De hecho, Fari et al concluyen en su artículo que el operón de biosíntesis de histidina ha sido un evento de construcción o reconstrucción a partir de genes dispersos y no del descenso de un arreglo antiguo:

Nuestro modelo sugiere que la organización de genes his en las proteobacterias existentes surgió de una dispersión de genes en el genoma del ancestro proteobacteriano. El modelo también predice que todos o la mayoría de los genes his (excepto hisD) eran monofuncionales y que sufrieron un agrupamiento y compactación progresivos que ocurrieron junto con eventos de superposición y fusión de genes.

Encontraron, como usted sugirió, evidencia de varias modificaciones genéticas que incluían elongación, duplicación y fusiones de genes. En cuanto a la causa del agrupamiento progresivo, consulte la referencia 1 nuevamente.

Obviamente, es probable que se hayan formado diferentes operones de diferentes maneras en diferentes organismos y no creo que podamos descartar por completo el argumento del 'arreglo antiguo'. Es un tema bastante amplio y confuso y hay mucha literatura, ¡espero que los ejemplos que elegí y he enumerado sean útiles!

1 Osbourn, A. y Field, B. Operones. Célula. mol. Ciencias de la vida (2009) 66:3755–3775

[2] Fani et al. El origen y la evolución de los operones: la construcción por partes del operón de histidina proteobacteriana. J Mol Evol (2005) 60: 378–390

[3] Ito et al. Inestabilidad evolutiva de estructuras de operón revelada por comparaciones de secuencias de genomas microbianos completos. Mol Biol Evol (1999) 16(3):332–346