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鳥是如何得到它們的翅膀科學(xué)家說細(xì)菌可能提供線索

2019-01-23 10:02:29 ? 來源：

鳥是如何得到它們的翅膀的?科學(xué)家說，細(xì)菌可能提供線索長期以來，人們都知道主要新奇特征的演變 - 如翅膀，花朵，角或肢體等特征 - 在允許生物體利用其周圍環(huán)境中的新機(jī)會方面起著關(guān)鍵作用。然而，還有待討論的是這些重要的增強(qiáng)是如何從遺傳的角度出發(fā)的。

由牛津大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)由進(jìn)化生物學(xué)家組成的國際團(tuán)隊(duì)的新研究已經(jīng)使用細(xì)菌來證明獲得重復(fù)的基因拷貝可以提供一個(gè)“模板”，允許生物從現(xiàn)有基因的冗余拷貝中發(fā)展出新的屬性。自20世紀(jì)70年代以來，已經(jīng)提出基因復(fù)制在創(chuàng)新中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但這些發(fā)現(xiàn)為支持這一理論增加了重要的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)。

該研究涉及與蘇黎世大學(xué)研究人員的合作，發(fā)表在PLOS Genetics期刊上。牛津大學(xué)動物學(xué)系威康信托研究員克雷格麥克萊恩教授說：“翅膀和花朵等新奇特征的出現(xiàn)，在生物多樣性的演變中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。然而，通常很難理解推動這些進(jìn)化創(chuàng)新的實(shí)際遺傳變化。

“我們利用了一種簡單的細(xì)菌模型系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，細(xì)菌可以進(jìn)化出食用新食物的能力，從而克服這一障礙。”研究人員允許380個(gè)銅綠假單胞菌群體進(jìn)化出新的代謝特征，例如降解新糖的能力。這使研究人員有機(jī)會親眼目睹進(jìn)化的實(shí)時(shí)發(fā)生。

經(jīng)過30天的進(jìn)化，他們對已經(jīng)進(jìn)化出新的代謝特征的細(xì)菌的基因組進(jìn)行了測序。他們發(fā)現(xiàn)突變主要影響參與轉(zhuǎn)錄和代謝的基因，并且這種新穎性傾向于通過銅綠假單胞菌基因組中預(yù)先存在的重復(fù)基因的突變而進(jìn)化。

復(fù)制驅(qū)動新穎性，因?yàn)閺?fù)制提供的遺傳冗余允許細(xì)菌在不損害現(xiàn)有功能的情況下進(jìn)化新的代謝功能。這些研究結(jié)果表明，過去的重復(fù)事件可能對未來的創(chuàng)新很重要。麥克萊恩教授補(bǔ)充說：“我們研究的關(guān)鍵見解是，擁有多余的基因拷貝可以為細(xì)菌提供一個(gè)模板，用于培養(yǎng)新的特性而不會犧牲現(xiàn)有的特性。換句話說，多余的基因允許細(xì)菌吃蛋糕并吃掉它。

'在動物和植物等高等生物中，重復(fù)的基因來自現(xiàn)有基因的自發(fā)重復(fù)。相反，細(xì)菌傾向于通過水平基因轉(zhuǎn)移從相鄰細(xì)菌細(xì)胞中獲得重復(fù)基因，水平基因轉(zhuǎn)移是性別的細(xì)菌等同物。“這些研究結(jié)果為支持基因重復(fù)在進(jìn)化創(chuàng)新中的作用提供了重要的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，并且他們認(rèn)為有可能預(yù)測致病菌進(jìn)化臨床重要性狀的能力，如毒力和抗生素抗性。”

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