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最詳細(xì)的DNA突變進程圖譜

日期:2012-09-19 07:50:17

來自印第安那大學(xué)的生物學(xué)家和信息學(xué)家們構(gòu)建出了有史以來最廣泛的生物體DNA序列突變進程圖譜,闡明了關(guān)于突變的分子特性和這些可遺傳的改變發(fā)生的速度等重要的新進化信息。

 

通過分析無自然選擇壓力條件下經(jīng)歷超過20萬代的模型原核生物大腸桿菌(Escherichia coli)中精確的基因組改變,由印第安那藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物學(xué)系教授Patricia L. Foster領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)大腸桿菌DNA中的自發(fā)突變率比以前認(rèn)為的實際上要低3倍。

 

這項新研究出現(xiàn)在今天《美國科學(xué)院院刊》(PNAS)的早期版本上,還指出負(fù)責(zé)檢查新復(fù)制DNA及檢測錯誤的錯配修復(fù)蛋白不僅將突變率維持在了低水平,還維持了基因組中G-C內(nèi)容物與A-T內(nèi)容物的平衡。G-CA-T是在相對的DNA鏈之間聯(lián)結(jié)的含氮堿基形成了DNA雙螺旋梯架的橫軸。

 

Foster說:“我們知道即使是在缺乏自然選擇的情況下,進化也將繼續(xù)進行因為新突變會隨機地固定在基因組中。因此,如果我們想確定特異的進化改變模式是否由選擇所驅(qū)動。了解缺乏選擇的情況下預(yù)期的模式絕對是有必要的。在這里我們定義了自發(fā)突變的速度和分子譜,將自然選擇促進或消除突變的能力最小化,這使得我們能夠捕獲基本上所有不會導(dǎo)致細(xì)菌死亡的突變。”

 

在一項平行突變累積試驗中利用一種錯配修復(fù)缺陷菌株(其突變率提高了100多倍),研究人員分析了近2000個突變,發(fā)現(xiàn)存在強烈的偏向?qū)?/SPAN>A-T堿基對改變?yōu)?/SPAN>G-C堿基對,與正常細(xì)菌中所見相反。

 

大腸桿菌染色體

 

Foster 指出:“在幾乎所有生物體中自發(fā)堿基對置換的分子譜是由G-CA-T改變所支配,這往往會推動基因組向著更高的A-T內(nèi)容物改變。由于基因組的G-C內(nèi)容物差別很大,必定存在一些選擇壓力,或是一些非適應(yīng)性機制,可以驅(qū)動基因組往回提高G-C內(nèi)容物。”

 

新研究的共同作者印第安那大學(xué)Bloomington信息和計算學(xué)院副教授Haixu Tang,,信息學(xué)博士后研究人員Heewook Lee和生物學(xué)系博士后研究人員Ellen Popodi證實錯配修復(fù)是發(fā)生和決定基因組堿基組成的突變類型中的一個重要因素。由于錯配修復(fù)的活性可以受到環(huán)境的影響,這項工作的另一個意義在于突變模式可用于取證幫助確定特異的細(xì)菌株起源何處。

 

Foster 說:“通過建立通過選擇的無偏倚自發(fā)突變改變的分子特性基線參數(shù),我們可以開始獲得更深入的了解決定突變率、突變譜、基因組堿基組成的因子,生物體之間可能的差異,以及通過環(huán)境條件它們可能如何共享的機制。由于突變是自然選擇作用的變異的來源。了解突變發(fā)生速度和自發(fā)突變改變的分子特性將使我們更全面地了解進化。”

 

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