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Get a lift:遗传进化搭便车

2013-07-24 15:00 阅读:3075 来源:ebiotrade 作者:网* 责任编辑:网络
[导读] 研究人员发现,在曲折的“优胜劣汰,适者生存”过程中,并非是由单个的有益突变,而是由包括“遗传搭车客”(genetic hitchhikers)在内的一组突变驱动了进化。这些看似对生物体适应性及进化没有贡献的搭车客突变,有可能在一段时间之后发挥了重要的作用。

   研究人员发现,在曲折的“优胜劣汰,适者生存”过程中,并非是由单个的有益突变,而是由包括“遗传搭车客”(genetic hitchhikers)在内的一组突变驱动了进化。这些看似对生物体适应性及进化没有贡献的搭车客突变,有可能在一段时间之后发挥了重要的作用。

  来自普林斯顿大学的研究人员对 40 个酵母种群 1000 代的适应性进行了研究,发现生物体要在进化中取得成功,需要不止一个,而是 7 个特异的突变。认识这些突变驱动进化的机制,可帮助我们了解肿瘤是如何抵抗化疗,以及细菌是如何进化对抗生素耐药的。相关研究论文刊登在了近期出版的《自然》(Nature)杂志上。

  当个体基因组经历自发性的有益突变,使得其适应环境的能力提高时,便发生了进化。普遍的观点认为,单个突变可以促进个体的生存,然后个体会复制突变,并将其传给它的后代。

  与之相反,普林斯顿大学的研究人员发现,并非是单个突变促进了生存,而是需要 5-7 个突变。这些额外的突变看起来没有对生物体增强的适应性做出贡献,因此被命名为“搭车客”。

  研究人员指出,进化是一个群体努力的结果。这一研究发现违背了传统的进化观点:个别突变提供了大的适应优势。研究发现一小群突变与生存率增高有关。并非是单个突变驱动了适应性。而是包括搭客者在内的整组突变一起驱动了适应性。

  研究人员继续表示,进化是由于一组自发出现的遗传突变结合环境压力所引起,这项研究有助于增进我们对于这一机制的认识。这项证实了,第一组成元件,遗传学不仅与一个基因突变有关,在进化发生之前需要有几个突变共同存在。发现相对较小的一组基因突变提高了生存,表明生物体实际上只通过有限数量的途径提高了它们的适应性。可将在酵母中了解到的基本过程转化到其他的生物体。

  该研究探讨了在遗传水平上,随着时间推移突变和选择过程展开的机制。为了观测突变及生存,研究人员对无性繁殖达 1000 代的 40 种不同的酵母菌株进行了观察。研究人员指出,随着时间推移,一些特异突变的出现赋予了一种生存优势,使得某些酵母克隆得以旺盛生长。随着时间的推移,另外的突变突然出现,研究人员发现所有最好的生存者都包含了相同一组 5-7 个突变。

  尽管研究人员认为这些突变中包括有司机和搭车客,但还需要开展进一步的研究来探讨哪些突变是适应的必要条件,哪些是搭便车。研究人员指出突变的定位并非彼此靠近,它们似乎也不具有相似的功能。

  以往的数据表明,酵母有可能通过有益突变来失活了它们不再需要的基因。例如,2009 年刊登在《PNAS》杂志上的研究表示,如果将酵母放置在只能进行无性繁殖的条件下培养,突变会失活参与有性繁殖的蛋白的编码基因,由于生物体不会浪费代谢能量来生成不必要的蛋白质,这些突变促进了存活。研究小组还计划探讨新研究中发现的突变是否赋予了特异的生存优势。

  通过追踪随时间推移整个细胞群的基因组改变,这一研究难得地瞥见了进化的进程。这一系统生物学方法生成的新认识,将有助于了解突变通过例如癌细胞或致病微生物等其他的进化体系扩散的机制。


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