隱藏的遺傳變異促進了進化的飛躍

盡管對生物體的行為或外觀沒有直接影響，但所謂的“神秘”遺傳變異在進化中起著重要作用。根據(jù)7月26日出版的“科學(xué)”雜志上的一篇論文，悄悄積聚“神秘”遺傳變異的實驗室人群能夠驚人地進化。更好地理解隱秘變異可以改進用于開發(fā)用于醫(yī)學(xué)和其他應(yīng)用的新生物分子的定向進化技術(shù)。遺傳變異 - 即DNA中累積的突變 - 是所有進化變化的燃料：遺傳變異越多，進化越快，新的自適應(yīng)解決方案的可能性越大。

但是，一種遺傳變異 - 隱藏的或“神秘的”變異 - 并不會改變生物體在其通常環(huán)境中的外觀或行為。

相應(yīng)的作者，蘇黎世大學(xué)的進化生物學(xué)家，圣菲研究所的外部教授安德烈亞斯瓦格納說：“這是一種未得到充分認(rèn)識的遺傳變異。”它在進化中發(fā)揮著重要作用。

以前的工作表明，自然種群的神秘變異促進了快速的進化適應(yīng)。但潛在的分子機制尚不清楚。

為了探索這些機制，Wagner的團隊研究了攜帶帶有黃色熒光蛋白(YFP)基因質(zhì)粒的腸道細(xì)菌大腸桿菌群體。該團隊設(shè)計了一個兩階段實驗。在第1階段，他們使用誘變PCR來增加YFP基因的變異。同時，他們選擇了窄范圍的黃色熒光。排除任何不夠黃的細(xì)菌，這一過程稱為“穩(wěn)定選擇”。通過這種方式，他們建立了深層的隱秘遺傳變異，而不會改變YFP蛋白的黃色。

在第2階段，團隊改變了選擇規(guī)則并開始選擇在光譜的綠色部分發(fā)熒光的大腸桿菌(“方向選擇”)。他們還引入了大腸桿菌的對照群體，其在YFP中缺乏增強的隱蔽變異。所述大腸桿菌用隱蔽變異存儲細(xì)胞系進化出均更綠和基因比任何由控制產(chǎn)生更多樣化的綠色熒光蛋白(YFP從基因)的大腸桿菌譜系。

共同作者Joshua Payne(蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院)說，在實驗中，神秘的變異不僅僅能更快地推動進化適應(yīng)。具有深厚隱秘變異儲備的細(xì)胞系進化出更綠色的YFP蛋白，這是常規(guī)細(xì)菌無法獲得的蛋白質(zhì)形式，并且它們通過常規(guī)大腸桿菌無法獲得的多種獨特途徑進化而來。

目前實驗室指導(dǎo)的進化通常每次都會產(chǎn)生相同的進化結(jié)果。第一作者，蘇黎世大學(xué)博士后研究員賈錚說，這項新研究表明，豐富的神秘變異可以為蛋白質(zhì)序列空間難以接近的區(qū)域敞開大門。

在野外，神秘的變異有助于魚類適應(yīng)洞穴中的生活。在實驗室中，神秘的變異可能有助于生物分子結(jié)合新的受體。“我們的工作可以幫助開發(fā)新的定向進化策略，以尋找用于生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用的創(chuàng)新生物分子，”鄭說。

就像一個減肥儲蓄帳戶一樣，神秘變異是一種變異的儲存，在緊急情況下變得可用，以促進對譜系生存至關(guān)重要的快速進化變化，并對分子生物學(xué)家有用。

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