酵母适应研究发现二倍体比单倍体进化更慢

实验进化是一种很好的方法，可以增强我们目前对生物体细胞中基因组或染色体组的演变以及个体突变在适应中的作用的理解。

生物体的倍性不同，或者它们在细胞中携带多少拷贝的基因组。例如，利哈伊大学生物科学助理教授Gregory Lang说，人类在每个细胞中都有两个基因组拷贝 - 一个来自母亲，一个来自父亲。细菌在每个细胞中都有一个基因组拷贝。普通草莓有八份。换句话说，人是二倍体，细菌是单倍体，草莓是八倍体。

只有通过实验进化生物如酵母才能理解倍性对进化的影响。酵母不仅可以在24小时内经历多达十代，还可以稳定地保持在不同的倍性。

Lang和研究生Daniel A. Marad以及博士后Sean W. Buskirk开始回答一个基本问题：单倍体和二倍体生物的适应率如何不同?他们发现二倍体 - 具有两个基因组拷贝 - 比单倍体进化得更慢 - 只有一个拷贝。他们还发现，与单倍体相比，二倍体的有益突变发现有所不同。

他们的研究结果已发表在Nature Ecology&Evolution的一篇论文中，名为“改变获得有益突变的途径减缓了二倍体的适应和偏倚固定突变”。

为了解这些动态，该团队通过4,000代酵母酿酒酵母测量了48个二倍体群体的适应率，并将这些结果与先前进化的单倍体群体进行了比较。他们对2000个世代后的24个种群的两个克隆进行了测序，并对两个种群进行了全基因组全人口时程测序。

“使用实验进化和全基因组测序的强大组合，我们确定了适应率和酵母群体中出现的突变类型，除了基因组拷贝数之外，它们是相同的，”Lang说。

“我们表明，二倍体比单倍体适应更慢，倍性改变了有益突变的范围，纯合突变的流行取决于它们的基因组位置，”Marad说。“此外，我们通过重建验证单倍体特异性，二倍体特异性和共享突变目标。”

根据Lang的说法，进化生物学有着丰富的历史，许多经典理论仍然需要进行实验测试。一种被称为Haldane筛的理论假定，当二倍体中只有一个拷贝存在时，隐性或无选择性益处的有益突变在二倍体群体中不能增加频率。

Lang和他的同事通过采取单倍体中出现的有益突变并将它们单独转移到不同的环境中来测试Haldane的筛子：二倍体，看它们是否具有选择性优势。与Haldane的筛子一致，他们发现二倍体中出现的有益突变不是隐性的，而是单倍体中最有益的突变。

“总的来说，这项工作弥补了我们对倍性如何影响适应性的理解，并为二倍体群体改变获得有益突变的假设提供了经验支持，”马拉德说。

Lang说，该论文的一个重要内容是，在自然界中变化很大的倍性对基因组能够和将要发展的方式产生了重大影响。

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