基因組演化（Genome Evolution）是比較基因組學的核心議題，其理論框架涉及群體遺傳學、分子演化、轉位子生物學與基因組建築學。
C 值悖論的解消：Lynch 的突變風險理論
Gregory（2005, The Evolution of the Genome）的全面回顧指出 C 值變異的非適應性成分。Lynch & Conery（2003, Science）提出以有效族群大小（N_e）解釋基因組複雜化：大 N_e 物種（如細菌）中純化選擇高效移除「垃圾 DNA」，維持精簡基因組；小 N_e 物種（如哺乳動物）中漂變允許轉位子、內含子等「略微有害」元素累積。此假說預測 N_e 與基因組大小、內含子密度、轉位子比例成反比——大量比較資料支持此趨勢。
轉位子的基因組生態學
Doolittle & Sapienza（1980, Nature）與 Orgel & Crick（1980, Nature）提出轉位子為「自私 DNA」的觀點。現代認識更為複雜：(1) 轉位子是基因調控創新的來源——Chuong et al.（2017, Science）發現 MER41 內源性反轉錄病毒元素被 co-opt 為干擾素刺激基因的增強子；(2) Bourque et al.（2008, Genome Res.）顯示 ~25% 的人類轉錄因子結合位點位於轉位子衍生序列中；(3) 轉位子-宿主軍備競賽驅動 KRAB-ZFP 的快速擴張（Jacobs et al., 2014, Nature）。
基因組結構演化的機制
Murphy et al.（2005, Science）以比較基因組重建哺乳動物祖先基因組（ancestral karyotype reconstruction），推斷始祖有 ~2n=46。斷裂點（breakpoints）常位於段複製（segmental duplications）和轉位子富集區域。Feuk et al.（2005）估計人類和黑猩猩之間有 ~1,500 個倒位差異，其中部分可能影響基因表達並貢獻於物種分化。
非編碼 DNA 的功能性爭議
ENCODE 計畫（2012, Nature）聲稱 ~80% 人類基因組具「生化功能」（biochemical function），引發激烈辯論。Graur et al.（2013, Genome Biol. Evol.）批評「生化活性」不等於「功能」——以選擇約束為標準，僅 ~8-15% 基因組受純化選擇（Rands et al., 2014, PLoS Genet.）。Kellis et al.（2014, PNAS）的 ENCODE 回應重新定義功能層次，承認不同定義下的比例差異巨大。
比較基因組學的技術革命
T2T（Telomere-to-Telomere）Consortium（Nurk et al., 2022, Science）首次完成人類基因組的完全無間隙組裝，揭示先前缺失的 ~8% 序列——主要為異染色質區域、著絲粒和短臂的衛星 DNA。此成就使基因組結構演化分析首次涵蓋這些以往的「暗區」。
前沿：pangenome（如 Human Pangenome Reference, Liao et al., 2023, Nature）取代單一參考基因組；基因組大小的演化動態模型（如 Kapusta et al., 2017 的 TE-deletion 平衡模型）；以及利用 long-read 定序解析大型重複區域和結構變異的演化。