Genduplikation ist der Prozess, bei dem ein Chromosom oder ein Teil der DNA dupliziert wird, was zu einer zusätzlichen Kopie eines Gens führt. Die Genduplikation wird auch als chromosomale Duplikation oder Genamplifikation bezeichnet. Duplikation, also Verdoppelung, führt zu zwei identischen Genen. Eines oder beide dieser Gene können sich im Laufe der Zeit durch Mutationen verändern, um zwei neue unterschiedliche Gene zu schaffen.
Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist für jeden Organismus einzigartig und in jeder Zelle, aus der dieser Organismus besteht, gleich. Gene sind Abschnitte der DNA, die die Vererbung bestimmen und in Abschnitten des Körpers untergebracht sind, die als Chromosomen bekannt sind. Dies macht die genetische Ausstattung aller Organismen aus.
Die Genduplikation tritt normalerweise aufgrund eines Fehlers während der Meiose auf. Meiose tritt nur in den Zellen auf, die Geschlechtszellen produzieren, wie zum Beispiel Spermien und Eier beim Menschen. Während der Meiose produzieren Elternzellen mit zwei Kopien der Chromosomen vier Tochterzellen, von denen jede nur eine Kopie jedes Chromosoms hat. Dies ist so, dass bei der Fortpflanzung die Zelle, die durch die Verschmelzung von Sperma und Ei entsteht, die richtige Menge an DNA hat.
Während der Meiose kommt es wahrscheinlich zu einer Genduplikation, wenn die Chromosomen überkreuzen und eine Rekombination stattfindet. Die Stränge der Chromosomen können brechen und sich mit dem gegenüberliegenden Chromosom wieder verbinden, so dass die genetische Information von einem Chromosom zum anderen übertragen wird. Bei ungleicher Rekombination oder bei unterschiedlichen DNA-Mengen kann es zu Duplizierungen kommen.
Eine weitere Möglichkeit zur Duplizierung besteht darin, dass das gesamte Chromosom zweimal repliziert wird. Dieser Fehler führt dazu, dass eine der Tochterzellen eine zusätzliche Kopie des Chromosoms und das gesamte zusätzliche genetische Material hat. Wenn diese Zelle während der Reproduktion mit einer anderen Zelle fusioniert, kann dies zu einer lebensfähigen Zygote führen oder auch nicht.
Die letzte Möglichkeit zur Genduplikation ist die Retrotransposition. Während der Retrotransposition werden DNA-Sequenzen in RNA und dann wieder in DNA kopiert, anstatt in Proteine übersetzt zu werden. Dies führt dazu, dass innerhalb der Zelle zusätzliche Kopien dieser DNA vorhanden sind, die sich mit den bereits vorhandenen Chromosomen wieder verbinden können. Alle Gene, die entlang dieser DNA-Sequenzen gefunden werden, werden dabei dupliziert.
Bei der Genduplikation wird eine Kopie des Originals erstellt, die als Paralog-Gen bezeichnet wird. Es ist möglich, dass beide oder eines der Gene mutiert, dies ist jedoch nicht immer der Fall. Während des Mutations- oder Veränderungsprozesses können Gene Funktionen annehmen, die sich vom ursprünglichen Gen unterscheiden.
Das ursprüngliche Gen kann auch mutieren und zwei Gene bilden, die sich vom ursprünglichen Gen vor der Duplikation unterscheiden. Die Genduplikation gilt als treibende Kraft für die Entstehung neuer Gene und damit für Veränderungen in normalen biologischen Prozessen. Die Prozesse der Genmutation und -duplikation spielen beide eine Schlüsselrolle in der Evolution.