Versteckte genetische Variationen macht evolutionäre Sprünge
Labor-Populationen, die ruhig sammeln ‚kryptischen‘ genetischen Varianten in der Lage sind, überraschende evolutionäre Sprünge, nach einem Papier in der Juli-26-Ausgabe von Science. Ein besseres Verständnis der kryptische variation verbessert möglicherweise die gerichtete evolution Techniken für die Entwicklung neuer Biomoleküle für medizinische und andere Anwendungen.
Genetische variation-das ist, angesammelte Mutationen in der DNA — ist der Treibstoff für alle evolutionären Wandels: je mehr genetische variation, desto schneller die evolution arbeitet und mehr Möglichkeiten für neuartige adaptive Lösungen.
Aber eine Art von genetischer variation — versteckte, oder „kryptisch“ – Variante — nicht verändern das Aussehen und das Verhalten eines Organismus in seiner gewohnten Umgebung.
„Es ist eine unterschätzte Art der genetischen variation,“ sagt entsprechenden Autor Andreas Wagner, ein Evolutionsbiologe an der Universität Zürich und externer professor am Santa Fe Institute, „und es spielt eine wichtige Rolle in der evolution.“
Frühere Arbeit hat gezeigt, dass kryptische variation in natürlichen Populationen fördert die schnelle evolutionäre Anpassung. Aber die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen unklar waren.
Zu erforschen, die Mechanismen, die Wagner-team arbeitete mit einer Bevölkerung von Darm-Bakterium E. coli , die trug ein plasmid mit einem gen für das gelb fluoreszierende protein (YFP). Das team entwickelt ein zweistufiges experiment. In der Stufe 1, die Sie verwendet, Mutagene PCR zu erhöhen, Unterschiede in der YFP-gen. Gleichzeitig wählten Sie für einen engen Bereich von gelbe Fluoreszenz. Alle Bakterien, die nicht ausreichend gelben ausgeschlossen wurden, ein Prozess der so genannten “ stabilisierende Selektion.‘ Auf diese Weise bauen Sie Tiefe speichert der kryptische genetische variation, ohne dass die gelbe Farbe des YFP-proteins.
Während der Phase 2, das team änderte sich die Auswahlregeln und begann die Auswahl für E. coli , die fluoreszierten in den grünen Teil des Spektrums (‚directional selection). Sie führte auch die Kontrolle der Populationen von E. coli , die fehlte verbesserte kryptische variation in YFP. Die E. coli – Zell-Linien mit Filialen in kryptische variation entwickelt, das grün fluoreszierende protein (von YFP-Genen), die sowohl grüner und genetisch vielfältiger als jeder produziert von der Kontrolle E. coli – Linien.
In dem experiment, sagt co-Autor Joshua Payne (ETH Zürich), kryptische variation hat mehr als die evolutionäre Anpassung schneller. Zell-Linien mit Tiefe behält sich der kryptische variation entwickelt, grüner YFP-Proteine, Formen des proteins, die unzugänglich waren, zu regelmäßigen Bakterien, und Sie entwickelte sich durch mehrere einzigartige Routen, die nicht zur Verfügung, um reguläre E. coli.
Aktuellen Labor-gerichtete evolution führt oft zu den gleichen evolutionären Ergebnisse jedes mal. Die neue Arbeit zeigt, wie das sammeln kryptische variation Türen öffnen kann, die ansonsten schwer zugänglichen Regionen des protein-Sequenz-Raum, sagt der erste Autor Jia Zheng, ein Postdoc-Forscher an der Universität Zürich.
In der wildnis, kryptische variation hilft Fisch der Anpassung an das Leben in Höhlen. Im Labor, kryptische variation helfen könnte, ein Biomolekül binden eines neuen rezeptor. „Unsere Arbeit kann helfen, entwickeln neue gerichtete evolution Strategien zu finden, innovative Biomoleküle, die für biotechnologische und medizinische Anwendungen“, sagt Zheng.
Wie ein fettes Sparkonto, kryptische variation ist ein speichern der Variante, die verfügbar ist im Notfall, um Kraftstoff rasche evolutionäre Veränderung entscheidend für das überleben einer Linie und nützlich für molekulare Biologen.
