Adaptační studie kvasinek zjistila, že diploidy se vyvíjejí pomaleji než haploidy

Transgenní potkani a studium nemocí (Smět 2019).

Anonim

Experimentální evoluce je dobrým způsobem, jak rozšířit naše současné chápání toho, jak se vyvíjejí genomy - nebo sady chromozomů v buňkách organismu - a roli jednotlivých mutací v adaptaci.

Organizmy se liší ploidií nebo kolik kopií genomu nesou ve svých buňkách. Například, říká Gregory Lang, odborný asistent biologických věd na Lehigh University, lidé mají dvě kopie našeho genomu v každé buňce - jedna od matky a jedna od otce. Bakterie mají jednu kopii svého genomu v každé buňce. Společná jahoda má osm exemplářů. Jinými slovy, lidé jsou diploidní, bakterie jsou haploidní a jahody jsou octoploidní.

Pochopení vlivu ploidy na evoluci je možné pouze pomocí experimentálních evolučních organismů, jako jsou kvasinky. Nejen, že kvasnice podstoupí až deset generací v 24hodinovém období, ale také může být stabilně udržována na různých ploidích.

Lang, společně s absolvovaným studentem Daniel A. Maradem a post-docem Seanem W. Buskirkem, se rozhodli odpovědět na základní otázku: Jak se míra adaptace liší mezi haploidními a diploidními organismy? Zjistili, že diploidy - se dvěma kopiemi genomu - se vyvíjejí pomaleji než haploidy - pouze s jednou kopií. Také to, že prospěšné mutace diploidů vybírají, vypadají jinak než u haploidů.

Jejich výsledky byly zveřejněny v příspěvku Nature Ecology & Evolution nazvaném "Změněný přístup k prospěšným mutacím zpomaluje adaptaci a předurčuje fixní mutace v diploidů".

Abychom porozuměli této dynamice, tým měřil míru adaptace pro 48 diploidních populací přes 4000 generací kvasinek Saccharomyces cerevisiae a porovnal tyto výsledky s dříve vyvinutými haploidními populacemi. Sekvenovaly dva klony z 24 populací po 2 000 generacích a prováděly sekvenci celočinného časového průběhu celého genomu u dvou populací.

"Pomocí silné kombinace experimentální evoluce a sekvenování celého genomu jsme určili rychlost adaptace a typy mutací, které vznikají u populací kvasinek, které jsou identické s výjimkou počtu kopií genomu, " říká Lang.

"Ukazujeme, že diploidy se přizpůsobují pomaleji než haploidy, že ploidie mění spektrum prospěšných mutací a že prevalence homozygotních mutací závisí na jejich genomové poloze, " říká Marad. "Kromě toho ověřujeme haploidní specifické, diploidní a sdílené mutační cíle rekonstrukcí."

Podle Langové má evoluční biologie bohatou historii s mnoha klasickými teoriemi, které stále potřebují experimentální testy. Jedna teorie, známá jako Haldaneovo síto, postuluje, že prospěšné mutace, které jsou recesivní nebo nemají selektivní přínos, pokud jsou přítomny pouze v jedné kopii v diploidu, nejsou schopny zvýšit frekvenci u diploidních populací.

Lang a jeho kolegové testovali Haldanovo síto tím, že využili prospěšné mutace, které vznikly v haploidech a přemísťovaly je individuálně do jiného kontextu: diploidů, aby zjistili, zda mají selektivní výhodu. V souladu s Haldanovým sítkem zjistili, že prospěšné mutace, které vznikají u diploidů, nejsou recesivní, ale jsou to nejzásadnější mutace haploidů.

"Celkově tato práce zaplňuje mezeru v našem pochopení toho, jak ploidy ovlivňuje adaptaci a poskytuje empirickou podporu pro hypotézu, že diploidní populace změnily přístup k prospěšným mutacím, " říká Marad.

Lang říká, že klíčovým přínosem z práce je, že ploidy, která se v přírodním prostředí značně liší, mají významný vliv na to, jak mohou a budou se vyvíjet genomy.

menu
menu