Exportação de Genes Mitocondriais e Cloroplastos

Uma célula eucariótica pode ter até três tipos diferentes de sistemas genéticos: nuclear, mitocondrial, e cloroplástico. Durante a evolução, organelos exportaram muitos genes para o núcleo; esta transferência ainda está em curso em algumas espécies vegetais. Pensa-se que cerca de 18% do genoma nuclear de Arabidopsis thaliana deriva do ancestral cianobacteriano do cloroplasto e cerca de 75% do genoma da levedura deriva do ancestral bacteriano da mitocôndria. Esta exportação ocorreu independentemente da localização ou tamanho do gene no genoma do organelo;  genes grandes e, em alguns casos, todo o genoma do organelo têm sido encontrados no núcleo.

A transferência genética para o núcleo está associada à perda da autonomia genética do organelo. No entanto, muitas das proteínas codificadas pelos genes exportados ainda são produzidas pelo núcleo e transportadas de volta para o organelo.  Isto é possível, uma vez que os genes são modificados para serem compatíveis com maquinarias transcricionais e translacionais nucleares e sofrem alterações como a adição de um promotor e de um terminador. É também adicionada uma sequência de marcação, pelo que as proteínas resultantes são levadas ao organelo específico. Isto também permite que o núcleo controle o fornecimento dessas proteínas e regule a biogénese dos organelos. Às vezes, esses genes exportados evoluem e executam novas funções para organelos que não o parental. Por exemplo, quase 50% dos genes derivados de plastídeos em Arabidopsis thaliana realizam funções não plastídicas.

Existem várias teorias sobre a razão pela qual organismos transferem genes dos organelos para o núcleo. Tanto as mitocôndrias como os cloroplastos geram radicais livres que podem causar mutações nocivas no seu DNA. Transferir genes vulneráveis de organelos para o núcleo pode ser uma das estratégias para os proteger de mutações. De acordo com o princípio genético da catraca de Muller, a reprodução assexual leva à acumulação de mutações deletérias que podem eventualmente causar a extinção da espécie. No entanto, uma vez transferido para o genoma sexual do núcleo, o gene exportado pode sofrer recombinação sexual, o que o ajuda a evitar a acumulação de mutações nocivas.