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定向基因拷贝变异 征服新环境的关键

酵母研究揭示了新的机制,通过加速基因周围的基因改变,使细胞更快地适应环境变化,6月27日在开放获取期刊PLOS Biology上发表,由Jon Houseley博士及其同事在Babraham研究所发表。英国剑桥。物种随着时间的推移而发展,因为最适合其环境的个体存活并拥有更多的后代 - 即所谓的“适者生存”。然而,通常认为这些适应性差异是由随机发生的遗传变化引起的; 这项新研究揭示了一种机制,通过这种机制,变化可以专门针对那些使用频率更高的基因。

定向基因拷贝变异 征服新环境的关键

研究人员使用酵母检查每个细胞中基因拷贝数的变化。虽然我们认为细胞最多含有一个或两个拷贝的基因,但它们通常携带更多的基因拷贝; 增加拷贝数允许细胞从这些基因合成更多的蛋白质产物,这使得过程更有效。Houseley及其同事的研究结果表明,当一个细胞密集使用特定基因(通过将其转录成mRNA来制造蛋白质)时,它更有可能发生拷贝数变化。在某些单元格中,这会产生更多副本,从而帮助他们更适合自己的环境。换句话说,使用的基因越多,就越有可能改变其拷贝数并可能使细胞更健康。

特别是,该研究的重点是酵母中的一种叫做CUP1的基因,它是细胞在高水平铜环境中生存所必需的。酵母细胞通常携带该基因的2至15个拷贝,但是当铜水平升高时,研究人员观察到拷贝数的变化增加。结果,一些细胞获得了CUP1基因的额外拷贝,这使得它们能够在相同环境中用较少的CUP1拷贝竞争细胞。进一步的结果表明,细胞可以通过一种名为Rtt109的蛋白质控制这一过程,该蛋白质可以对基因组中的特定位点添加化学修饰,从而促进这些区域的拷贝数变化。

在Houseley实验室领导这项研究的博士生Ryan Hull说:“我们认为基因变化是一个纯粹随机的过程,但是细胞开发一种方法来集中这个过程以帮助他们适应不断变化的环境是有道理的。已经有一些具体的例子,但有趣的是,我们提出的机制可能适用于基因组中的许多基因。“

该领域未来的工作将旨在确定基因组中有多少基因可以利用这一过程使其拷贝数适应环境变化,并检查类似系统是否可以起到推动其他生物体进化的作用。

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