Verdubbeling van het aantal exemplaren van een gen, meestal veroorzaakt door ongelijke crossing-over bij de meiose
Ongelijke crossing-over kan optreden als chromosomen bij de meiose niet precies uitgelijnd zijn en recombinatie plaatsvindt tussen wel gelijkende maar niet homologe delen van het genoom; men noemt dit ook wel “ectopische recombinatie”. Een van de twee chromosomen krijgt twee exemplaren van een gen, de andere verliest het gen.
Genduplicatie kan ook optreden als onderdeel van grotere segmentale duplicaties van een chromosoom of als onderdeel van een duplicatie van het hele genoom. Ook transposities door mobiele genetische elementen of retro-virussen kunnen leiden tot genduplicaties.
Bij een klassieke ongelijke crossing-over komen de duplicaten in tandempositie achter elkaar te liggen. Op deze manier zijn grote genfamilies ontstaan met amplificaties die vaak specifiek zijn voor een evolutionaire lijn. De duplicaten worden paralogen genoemd.
Vaak worden duplicaties gevolgd door chromosoommutaties rondom de duplicatie, waardoor stukken DNA verloren kunnen gaan of indels ontstaan. Meestal is de duplicatie ongunstig, het duplicaat komt niet tot expressie, accumuleert mutaties en verwordt tot een pseudogen. Als het duplicaat wel tot expressie komt is dit meestal ongunstig omdat een dubbele dosis mRNA leidt tot teveel eiwit. Maar soms kan genduplicatie een adaptatie zijn, bijvoorbeeld bij duplicaties van biotransformatie-enzymen die resistentie tegen pesticiden geven.
In zeldzame gevallen komt het voor dat het duplicaat een nieuwe functie verwerft (neofunctionalisatie). Het duplicaat is “bevrijd” van de zuiverende selectie op het origineel en kan een nieuwe evolutionaire weg inslaan (andere substraatspecificiteit bij een enzym, binding van een andere ligand bij een receptor, enz.).
Hoewel zeldzaam is genduplicatie gevolgd door neofunctionalisatie een belangrijk mechanisme voor evolutionaire vernieuwing.
