您当前的位置: 首页 > 故事

Nature颠覆传统观点聚焦遗传搭车客

2018-11-27 15:26:40

Nature颠覆传统观点,聚焦“遗传搭车客”

生物通报道 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。这一研究发表在7月21日的《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”。

论文的作者、David Botstein实验室副研究员Gregory Lang说:“我们的研究表明,进化是一个群体努力的结果。”

哈佛大学助理教授Michael Desai 说:“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。我们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。”

Botstein说,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。“我们证实了,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。”

Botstein说,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,”他说。

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,研究人员发现所有的生存者都包含了相同一组个突变。

尽管研究人员认为这些突变中包括有司机和搭车客,Desai表示还需要开展进一步的研究来探讨那些突变是适应的必要条件,那些是搭便车。他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,Lang、Botstein和哈佛大学的Andrew Murray于2009年在《美国科学院院刊》(PNAS)杂志上报告称,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。

美国国立卫生研究院普通医学研究所Stefan Maas说:“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,将有助于我们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。”

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Pervasive genetic hitchhiking and clonal interference in forty evolving yeast populations

The dynamics of adaptation determine which mutations fix in a population, and hence how reproducible evolution will be. This is central to understanding the spectra of mutations recovered in the evolution of antibiotic resistance1, the response of pathogens to immune selection2, 3, and the dynamics of cancer progression4, 5. In laboratory evolution experiments, demonstrably beneficial mutations are found repeatedly6, 7, 8, but are often accompanied by other mutations with no obvious benefit. Here we use whole-genome whole-population sequencing to examine the dynamics of genome sequence evolution at high temporal resolution in 40replicate Saccharomyces cerevisiae populations growing in rich medium for 1,000generations. We find pervasive genetic hitchhiking: multiple mutations arise and move synchronously through the population as mutational ‘cohorts’. Multiple clonal cohorts are often present simultaneously, competing with each other in the same population. Our results show that patterns of sequence evolution are driven by a balance between these chance effects of hitchhiking and interference, which increase stochastic variation in evolutionary outcomes, and the deterministic action of selection on individual mutations, which favours parallel evolutionary solutions in replicate populations.

星力摇钱树游戏
螺杆式冷水机
波纹填料
推荐阅读
图文聚焦