更復(fù)雜的生物系統(tǒng)更自由地發(fā)展
我們的基因(又稱基因型)決定了我們的特征(也就是表型)。進(jìn)化作用于表型的變化,當(dāng)突變改變潛在的基因型時(shí)發(fā)生。但是,突變產(chǎn)生的表型變化是不是沒有界限 - 螞蟻不能突然長(zhǎng)出樹干或變成大象的大小。奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(IST奧地利)的研究人員發(fā)現(xiàn),在細(xì)菌大腸桿菌的基因調(diào)控系統(tǒng)中,突變的組分越多,系統(tǒng)可以越自由地進(jìn)化。這是由Calin Guet,Jonathan Bollback和第一作者M(jìn)ato Lagator在eLife領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)發(fā)表的一項(xiàng)研究的結(jié)果。
突變的影響定義了系統(tǒng)如何變化。但是在一個(gè)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的幾個(gè)組件系統(tǒng)中,當(dāng)幾個(gè)組件發(fā)生突變時(shí)會(huì)發(fā)生什么?系統(tǒng)是否有更少的更改選項(xiàng)或更多?研究人員在大腸桿菌的一個(gè)小基因調(diào)控系統(tǒng)中研究了這個(gè)問題,該系統(tǒng)由兩部分組成:首先是轉(zhuǎn)錄因子,它是一種控制遺傳信息從DNA到RNA轉(zhuǎn)錄速率的蛋白質(zhì)。第二,它在DNA上的結(jié)合位點(diǎn),其中轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合起始轉(zhuǎn)錄。在這項(xiàng)研究中,科學(xué)家研究了當(dāng)他們自己突變每個(gè)組件時(shí),以及當(dāng)他們同時(shí)突變兩個(gè)組件時(shí)會(huì)發(fā)生什么。
有點(diǎn)違反直覺,他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)更多組件發(fā)生變異時(shí),系統(tǒng)的演變受到的限制較少。“與我在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前所假設(shè)的形成鮮明對(duì)比的是,如果我們改變幾個(gè)組件,系統(tǒng)可以更自由地進(jìn)化。這對(duì)我來說非常驚訝!”第一作者M(jìn)ato Lagator說。然后,該團(tuán)隊(duì)研究了為什么系統(tǒng)與其各個(gè)組件相比可以在更多方向上發(fā)展。
他們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)更自由地進(jìn)化,因?yàn)閮煞N成分中的突變相互作用,這種現(xiàn)象稱為“分子間上位性”。Mato Lagator解釋了它的意義:“上位意味著一加一不等于二,而是三或零。從遺傳學(xué)上講,一點(diǎn)突變會(huì)改變轉(zhuǎn)錄因子,使我們基因調(diào)控系統(tǒng)的表型改變X,另一點(diǎn)突變改變結(jié)合位點(diǎn),使表型改變Y.現(xiàn)在,當(dāng)兩個(gè)突變一起發(fā)生時(shí),表型不僅僅是X + Y,它是不同的。這意味著突變相互作用,使整個(gè)系統(tǒng)更自由地改變和發(fā)展。
到目前為止,我們對(duì)上位性的理解大多是描述性的,但現(xiàn)有的分子機(jī)制如何定義上位性模式還沒有被理解。Mato Lagator解釋說,在這項(xiàng)研究中,研究人員對(duì)兩種不同分子中的突變?nèi)绾蜗嗷プ饔眠M(jìn)行機(jī)械理解。“最令人興奮的是,我們證明了 - 在這個(gè)基因調(diào)控系統(tǒng)中 - 大多數(shù)上位性都來自系統(tǒng)的遺傳結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)決定了突變?nèi)绾蜗嗷プ饔谩?rdquo;
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