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Science:基因突變頻發(fā) 為何適應(yīng)性沒有改變

日期:2014-06-30 09:13:10

 

來自哈佛大學(xué)多個學(xué)科的研究人員合作,發(fā)布了題為“Global epistasis makes adaptation predictable despite sequence-level stochasticity”的研究成果,指出盡管生物體繁衍多代,出現(xiàn)了許多不同的基因突變,但是大部分我們所知的生物最終還是進(jìn)化成相似的適應(yīng)性,這是為什么呢,這項研究揭示了其中令人感到驚訝的作用機(jī)制。

 

這一研究成果公布在627Science雜志上。

 

科學(xué)家們認(rèn)為,高初始適應(yīng)能力(higher initial fitness)群體要比低初始適應(yīng)能力(lower initial fitness)群體適應(yīng)性低,原因在于前者無法足夠的空間進(jìn)一步提升。但是迄今為止,科學(xué)家們還不十分清楚造成這種現(xiàn)象的原因所在。

 

基因關(guān)聯(lián)(epistasis)是指對于某個基因為特定的等位基因,而其他基因取不同的等位基因時,生物體將表現(xiàn)出不同的物理性狀。某個基因的特定等位基因?qū)τ谏矬w呈現(xiàn)為某種性狀可盲目起到促進(jìn)作用,也可能起到抑制作用。因此,生物體的物理性狀決定于某些基因的等位基因的特定組合,這種現(xiàn)象稱為“基因關(guān)聯(lián)”效應(yīng)(epistasis)

 

這種效應(yīng)常用于解釋適應(yīng)性作用,但是關(guān)聯(lián)相互作用(epistatic interactions)難以被發(fā)現(xiàn),因此科學(xué)家們也無法龍清楚物種突變積累的作用。

 

在最新這項研究中,研究人員利用酵母細(xì)胞分析了多代遺傳變化,他們首先從單個表型構(gòu)建了“創(chuàng)始人”酵母細(xì)胞,然后令這些細(xì)胞進(jìn)行增殖,對之后產(chǎn)生的各代細(xì)胞,研究人員利用全基因組測序技術(shù)進(jìn)行分析,看看這些細(xì)胞發(fā)生了哪些類型的基因突變。

 

研究人員希望能從中了解到基于“創(chuàng)始人”酵母細(xì)胞的遺傳特性,是否能預(yù)測突變對適應(yīng)性的影響。結(jié)果令他們感到驚訝的是,高適應(yīng)性“創(chuàng)始人”細(xì)胞和低適應(yīng)性“創(chuàng)始人”細(xì)胞繁衍的后代,其產(chǎn)生的有益突變數(shù)量相當(dāng),而且雖然出現(xiàn)了遺傳多樣性,但這些后代的適應(yīng)性也相似。

 

這些數(shù)據(jù)表明了基因突變無數(shù)的組合,導(dǎo)致出現(xiàn)了相似的適應(yīng)性水平,這也支持研究人員的一種假設(shè):突變之間的相互作用具有機(jī)體全范圍效應(yīng),而不是影響的個體生物學(xué)進(jìn)程。這項研究是了解基因關(guān)聯(lián)對進(jìn)化軌跡影響的一項重要成果。

 

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