Die Pleiotropie hat Bedeutung für die Evolutionstheorie. Es ist oft behauptet worden, dass einige erbliche Merkmale von Tieren nicht das Produkt der Anpassung durch natürliche Selektion sind. Vieles davon lässt sich durch Pleiotropismus erklären. Eine starke Selektion für einen oder zwei Aspekte der Genfunktion bringt automatisch einige andere pleiotrope Merkmale mit sich. Diese anderen Merkmale können, auch wenn sie vererbt werden, neutral oder sogar leicht schädlich sein, was die Selektion betrifft.
Antagonistische Pleiotropie bezieht sich auf die Expression eines Gens, die zu mehreren konkurrierenden Wirkungen führt, von denen einige vorteilhaft, andere nachteilig für den Organismus sind. Drei Umstände sind möglich:
1. Gleichzeitig kann ein Gen schädliche Merkmale verursachen, die durch den Überlebenswert positiver Merkmale überlagert werden.
2. Ein Gen kann die Fitness im jüngeren, fruchtbaren Organismus erhöhen, jedoch zu einer verminderten Fitness im späteren Leben beitragen. Der reproduktive Beitrag in den jüngeren Lebensabschnitten wird die Verbreitung eines solchen Gens sicherstellen.
3. Ein Gen kann die Fitness in einigen Lebensräumen erhöhen, in anderen jedoch nicht. Sein Überleben in der Population ist dann ausgeglichen. Ein Beispiel ist ein bakterielles Gen, das die Glukoseverwendung auf Kosten der Fähigkeit, andere Energiequellen (wie Laktose) zu nutzen, erhöht. Dies hat positive Auswirkungen, wenn viel Glukose vorhanden ist, kann aber tödlich sein, wenn Laktose die einzige verfügbare Nahrungsquelle ist.
