Ein Gencluster ist eine Gruppe eng verwandter Gene, die alle für dieselbe Funktion oder Variationen derselben Funktion kodieren. Das Studium von Genclustern ist wichtig für das Verständnis der Evolution und verschiedener Divergenzen innerhalb derselben Spezies, wie beispielsweise verschiedene Rassen und Ethnien beim Menschen. Mit statistischen Analysen können Forscher solche Cluster identifizieren und ihre genetische Bedeutung bestimmen.
Die Clusterbildung beginnt mit einem als Duplikation bekannten Prozess, bei dem ein Organismus aufgrund eines Fehlers während der DNA-Replikation versehentlich zwei Kopien desselben Gens erbt. Duplizierte Gene können aussterben oder an Nachkommen weitergegeben werden. Im Laufe der Zeit beginnen sie sich in der Bevölkerung auszubreiten, bis viele Organismen die Verdoppelung aufweisen. Die Gene kodieren für identische Proteine und duplizieren im Wesentlichen ihre beabsichtigte Funktion.
Mit jeder Passage der Duplikat-Gene steigt das Risiko, dass die Duplikate zu divergieren beginnen. Im Laufe der Zeit werden die Duplikate zu zwei eng verwandten Genen. Sie sind nicht mehr identisch, sondern kodieren für verschiedene Proteine, die leicht unterschiedliche Funktionen erfüllen können. Dies zeigt sich bei den Globinen beim Menschen, einem Gencluster aus eng verwandten, aber dennoch unterschiedlichen Genen. Je mehr Generationen vergehen, desto mehr Divergenz in Genclustern kann beobachtet werden.
Das Aufspüren von Genclustern kann es einem Forscher ermöglichen, mehr über die Evolutionsgeschichte eines Organismus zu erfahren. Anhand dieser Informationen kann der Forscher das Alter der Vervielfältigung bestimmen und wie viele Generationen seither vergangen sind. Forscher stellen fest, dass diese Cluster-Aktivität bei einigen Arten von Organismen häufiger vorkommt als bei anderen. Insekten haben zum Beispiel wenige Gencluster, während Tiere viele haben können.
Wenn der gleiche Gencluster in zwei Organismen auftaucht, kann dies zeigen, wie eng sie verwandt sind. Die Divergenz kann veranschaulichen, wenn sich zwei Arten teilen, oder es Forschern ermöglichen, Migrationsmuster zu verfolgen. Menschen jüdischer Abstammung haben zum Beispiel einige deutliche Unterschiede in den gemeinsamen Genclustern, die sie von Menschen anderer ethnischer Herkunft unterscheiden. Wenn ein Gencluster überspringt, wie es manchmal durch horizontalen Gentransfer in Organismen wie Bakterien geschieht, kann dies auch mehr Informationen über die Ursprünge und die Geschichte eines Organismus liefern.
Die statistische Analyse von Stichprobendaten kann sowohl Gencluster als auch Familien, größere Gruppen verwandter Gene, identifizieren. Dies muss sorgfältig durchgeführt werden, um eine falsche Korrelation zu vermeiden, die zu falschen Daten oder Schlussfolgerungen führen könnte. Wenn Forscher über Cluster berichten, diskutieren sie die in ihrer Forschung verwendete Methodik und die Ergebnisse, damit die Leser die Authentizität der Schlussfolgerungen der Gencluster-Studie selbst bestimmen können.