2012年9月20日 訊 /生物谷BIOON/ --近日,，來自密歇根州立大學的研究者通過研究,，闡述了有機體進化出新功能循序漸進的過程,。這項研究刊登在了國際雜志Nature上。文章中研究者通過一種深入的基因組分析技術揭示了,，大腸桿菌如何用額外的葡萄糖來補給檸檬酸鹽循環(huán)過程,。
研究者Zachary表示，起初以檸檬酸鹽代謝的大腸桿菌并不能夠在檸檬酸鹽的條件下生長,，然而隨著時間的延續(xù),，其就能慢慢在這種環(huán)境中生存，我們希望理解細菌是如何進化出這種能力的,。當環(huán)境中存在氧氣時,，大腸桿菌（E.coli）并不能消化檸檬酸鹽。大腸桿菌不能使用檸檬酸鹽,，因為其并不能表達合適的蛋白質來消化這些檸檬酸鹽分子,。
本文研究中,，研究者通過對大腸桿菌超過56，000個進化的世代進行研究,，發(fā)現33,，000個世代的細菌都可以使用檸檬酸鹽。研究者對大腸桿菌不同世代突變株的29個基因組進行了比較分析,，揭示了細菌進化出代謝檸檬酸鹽能力的三步過程,。
第一個階段是增強作用，大腸桿菌菌株積累突變,，當達到至少兩種突變后,，就進入了第二階段，這個階段中當細菌開始利用檸檬酸鹽時,，其根本不會慢慢利用,，而是徹底利用完，最后一個階段：精煉,，使得細菌中發(fā)生的突變進一步改善以利于細菌生存,。經歷了這三個階段后，大腸桿菌就開發(fā)出了利用新的食物源的本領,，使其再為生物群落中占據主導地位,。
實際上菌株中的突變非常復雜，其包括細菌部分DNA的重新裝配,，從而產生菌體從來不存在的調節(jié)元件,，新型的調節(jié)元件就會產生一些新型蛋白質，這些蛋白質就可以使得細菌在氧氣存在的情況下也可以消化檸檬酸鹽,。（生物谷Bioon.com）
編譯自：Genomics analysis demonstrates natural selection at work
doi:10.1038/nature11514
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PMID:
Genomic analysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population
Zachary D. Blount, Jeffrey E. Barrick, Carla J. Davidson & Richard E. Lenski
Evolutionary novelties have been important in the history of life, but their origins are usually difficult to examine in detail. We previously described the evolution of a novel trait, aerobic citrate utilization (Cit+), in an experimental population of Escherichia coli. Here we analyse genome sequences to investigate the history and genetic basis of this trait. At least three distinct clades coexisted for more than 10,000 generations before its emergence. The Cit+ trait originated in one clade by a tandem duplication that captured an aerobically expressed promoter for the expression of a previously silent citrate transporter. The clades varied in their propensity to evolve this novel trait, although genotypes able to do so existed in all three clades, implying that multiple potentiating mutations arose during the population’s history. Our findings illustrate the importance of promoter capture and altered gene regulation in mediating the exaptation events that often underlie evolutionary innovations.
