Evolutionair proces waarbij een duplicaat van een gen een functie verwerft verschillend van die van het oorspronkelijke gen
Genduplicatie gevolgd door neofunctionalisatie is een belangrijk mechanisme voor evolutionaire vernieuwing. Het duplicaat is “bevrijd” van de zuiverende selectie op het oorspronkelijke gen en kan een nieuwe evolutionaire weg inslaan (andere substraatspecificiteit bij een enzym, binding van een andere ligand bij een receptor, enz.).
Maar dit is zeldzaam. Uit vergelijkende genoomanalyse door de Amerikaanse bioloog Michael Lynch bleek dat de overgrote meerderheid van de genduplicaten geen nieuwe functie verwerft, maar mutaties accumuleert en binnen enkele miljoenen jaren functioneel wordt uitgeschakeld. Het wordt een pseudogen. Dit proces verklaart ook waarom er in het humane genoom zoveel pseudogenen zitten (ongeveer evenveel als functionele genen), vooral in grote genfamilies met veel paralogen zoals olfactorische receptoren, KRTAPs en cytochroom P450.
Een kleiner deel van de genduplicaten blijft lange tijd bestaan en evolueert neutraal. Omdat een dubbele dosis mRNA meestal ongunstig is zal in die gevallen de functie verdeeld worden over het oorspronkelijke gen en het duplicaat, zodat ieder ongeveer de helft van de expressie voor zijn rekening neemt. Dit noemt men “subfunctionalisatie”.
In zeldzame (maar evolutionair cruciale) gevallen komt het voor dat het duplicaat een nieuwe functie verwerft. Om te verhinderen dat de kopie degenereert is het nodig dat er aanvankelijk positief op de duplicatie geselecteerd wordt. Dit is mogelijk als een dubbele dosis van het gecodeerde eiwit een verhoogde fitness geeft. Dit is bekend van genduplicaties bij biotransformatie-enzymen (cytochroom P450, glutathion-S-transferases, ABC-transporters) die de resistentie tegen toxische stoffen versterken. Zo’n “superfunctionalisatie” kan het duplicaat functioneel houden en een eerste stap zijn naar neofunctionalisatie.
