近日來(lái)自美國(guó)休斯頓大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家Timothy Cooper及同事在菌群進(jìn)化研究中發(fā)現(xiàn)有益突變間存在著負(fù)性異位顯性現(xiàn)象,，這一研究結(jié)果有將助于促使科學(xué)家們更深入地了解生物進(jìn)化機(jī)制,。這一研究結(jié)果在線發(fā)表在6月3日的著名國(guó)際期刊《科學(xué)》（Science）雜志上,。
“我們開(kāi)展這項(xiàng)研究的最初動(dòng)機(jī)是希望了解生物體在不斷適應(yīng)環(huán)境變化的進(jìn)化過(guò)程中起重要影響的因子,，”Cooper說(shuō)：“目前對(duì)于種群進(jìn)化中突變間相互影響的研究仍是進(jìn)化機(jī)制研究中一個(gè)較大的空白,。我們的研究將幫助填補(bǔ)這一空白，推動(dòng)研究人員更深入地了解種群進(jìn)化機(jī)制,。”
在這篇文章中,，Cooper及研究小組對(duì)一種已培養(yǎng)數(shù)千代的菌群進(jìn)行了重點(diǎn)研究。過(guò)去的研究結(jié)果表明相比于祖先菌群,，這一菌群的環(huán)境適應(yīng)性提高了近35%,。研究人員鑒別了菌群中產(chǎn)生的有益基因突變，并嘗試將所有的突變組合添加到祖先菌株中去,。然而他們卻驚訝地發(fā)現(xiàn)突變組合以一種奇特方式發(fā)揮著效應(yīng),。研究人員發(fā)現(xiàn)這些促使細(xì)菌對(duì)環(huán)境適應(yīng)性增強(qiáng)的突變并沒(méi)有產(chǎn)生穩(wěn)定的效應(yīng)。隨著添加的突變逐漸增多,，這些突變基因之間的相互干擾愈加顯著,。看起來(lái)似乎所有的突變都在試圖完成相同的任務(wù)由此而產(chǎn)生了相互競(jìng)爭(zhēng)和抑制,。
“研究結(jié)果表明隨著不斷添加新的有益突變,，菌群對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性逐漸降低，”Cooper說(shuō)：“這有點(diǎn)像我們?cè)谶\(yùn)動(dòng)賽場(chǎng)上看到的一樣,，由頂尖級(jí)明星組成的運(yùn)動(dòng)隊(duì)未必是最優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì),。”
盡管Cooper的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展這項(xiàng)研究已有5年的時(shí)間了，然而他表示他們的工作還只是一個(gè)開(kāi)始,，在未來(lái)他們將致力尋找能幫助他們預(yù)測(cè)種群進(jìn)化的機(jī)制的廣泛模式,。隨著不斷加深對(duì)細(xì)菌突變相互作用的了解，這些研究發(fā)現(xiàn)將不僅能運(yùn)用于揭示天然的菌群,，還將能用于探索人體內(nèi)菌群的進(jìn)化機(jī)制,。
除了Cooper，這一研究小組的成員還包括大學(xué)生Aisha Khan,，博士后工作人員Duy Dinh，以及密西根州里大學(xué)Richard Lenski教授,，法國(guó)格勒諾布爾第一大學(xué)的Dominique Schneider,。這一研究得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的資金支助。
另外,，在同一期的《科學(xué)》雜志上來(lái)自哈佛大學(xué)的Chris Marx實(shí)驗(yàn)室研究了在不同培養(yǎng)基中不同細(xì)菌進(jìn)化生成的有益突變之間的相互作用,，他們同樣發(fā)現(xiàn)了效益遞減這一廣泛的趨勢(shì)。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Science DOI:10.1126/science.1203801
Negative Epistasis Between Beneficial Mutations in an Evolving Bacterial Population
Aisha I. Khan,， Duy M. Dinh1, Dominique Schneider, Richard E. Lenski, and Tim F. Cooper
Epistatic interactions between mutations play a prominent role in evolutionary theories. Many studies have found that epistasis is widespread, but they have rarely considered beneficial mutations. We analyzed the effects of epistasis on fitness for the first five mutations to fix in an experimental population of Escherichia coli. Epistasis depended on the effects of the combined mutations—the larger the expected benefit, the more negative the epistatic effect. Epistasis thus tended to produce diminishing returns with genotype fitness, although interactions involving one particular mutation had the opposite effect. These data support models in which negative epistasis contributes to declining rates of adaptation over time. Sign epistasis was rare in this genome-wide study, in contrast to its prevalence in an earlier study of mutations in a single gene.
