La duplicazione genica è il processo mediante il quale viene duplicato un cromosoma o una porzione di DNA, risultando in una copia aggiuntiva di un gene. La duplicazione genica viene anche definita duplicazione cromosomica o amplificazione genica. La duplicazione, che significa raddoppiare, si traduce in due geni identici. Uno o entrambi questi geni possono cambiare nel tempo attraverso mutazioni per creare due nuovi geni diversi.
L’acido desossiribonucleico (DNA) è unico per ogni organismo ed è lo stesso in ogni cellula che lo compone. I geni sono sezioni del DNA che determinano l’ereditarietà e sono alloggiate in sezioni del corpo note come cromosomi. Questo costituisce il corredo genetico di tutti gli organismi.
La duplicazione genica di solito si verifica a causa di un errore durante la meiosi. La meiosi si verifica solo in quelle cellule che producono cellule sessuali, come lo sperma e gli ovuli nell’uomo. Durante la meiosi, le cellule madri con due copie dei cromosomi producono quattro cellule figlie che hanno ciascuna solo una copia di ciascun cromosoma. Questo è così che quando avviene la riproduzione, la cellula che viene creata dalla fusione dello sperma e dell’uovo avrà la giusta quantità di DNA.
Durante la meiosi, è probabile che si verifichi la duplicazione genica quando i cromosomi si incrociano e si verifica la ricombinazione. I filamenti dei cromosomi possono rompersi e ricongiungersi al cromosoma opposto, in modo che l’informazione genetica venga spostata da un cromosoma all’altro. Se la ricombinazione è disuguale o si verifica con quantità diverse di DNA, può verificarsi una duplicazione.
Un altro modo in cui può verificarsi la duplicazione è se l’intero cromosoma viene replicato due volte. Questo errore farà sì che una delle cellule figlie abbia una copia extra del cromosoma e tutto il materiale genetico extra. Se questa cellula si fonde con un’altra cellula durante la riproduzione, può o non può risultare in uno zigote vitale.
L’ultimo modo in cui può verificarsi la duplicazione genica è attraverso la retrotrasposizione. Durante la retrotrasposizione, le sequenze di DNA vengono copiate nell’RNA e quindi nuovamente nel DNA invece di essere tradotte in proteine. Ciò si traduce in copie extra di quel DNA presenti all’interno della cellula, che possono ricongiungersi con i cromosomi già presenti. Tutti i geni trovati lungo queste sequenze di DNA saranno stati duplicati nel processo.
Quando si verifica la duplicazione del gene, viene creata una copia dell’originale, chiamata gene paralog. È possibile che entrambi o uno dei geni mutino, tuttavia non è sempre così. Durante il processo di mutazione o cambiamento, i geni possono acquisire funzioni diverse dal gene originale.
Il gene originale può anche mutare, formando due geni che sono diversi dal gene originale prima della duplicazione. La duplicazione genica è considerata una forza trainante nell’emergere di nuovi geni e quindi nei cambiamenti nei normali processi biologici. I processi di mutazione e duplicazione genica giocano entrambi un ruolo chiave nell’evoluzione.