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Science:环境是决定突变是否有利的最重要因素


日前,一项刊登在《科学》(Science)杂志上的研究发现,一个特定的突变影响是好或是坏,通常由与它相关联的其他突变所决定。研究结果表明,遗传环境是决定突变是否有利于它们进化命运的最重要因素。

根据传统的生物学观点,新突变的进化命运取决于它们对繁殖成功(Reproductive success)的影响是好,是坏,或是与之不相关,这是进化生物学的一个重要原理。这一观点的核心是:“好”的突变总是好的,可促进繁殖成功;而“坏”的突变则总是坏的,很快就会被淘汰出基因库。

然而,由内布拉斯加大学领导的一项新研究发现,一个特定的基因是好是坏往往是由其他与之相关联的突变所决定。换句话说,遗传进化取决于遗传环境。

研究人员表示,当一个突变与某些突变组合时它可能是有益的,而当相同的突变发生于其他的组合时,它对生物体可能是有害的。

在这项新研究中,研究人员对改变血红蛋白功能的一些突变进行了研究。生理学家们早就知道,许多的高海拔动物进化出了具有高氧亲和力的血红蛋白,这些蛋白能够提高稀薄空气中的氧摄取。Storz研究小组在较早期针对高低海拔北美鹿鼠群的研究中发现,高海拔的鹿鼠进化出了氧亲和力增高的血红蛋白,这一差异是由于血红蛋白12个不同位点的遗传变异组合效应所导致。

研究人员采用一种蛋白质工程技术,以所有可能的多位点组合,合成出了包含每一个自然发生突变的血红蛋白。

研究人员表示,通过检测这些工程血红蛋白的氧结合特性,我们发现相同的单个突变在某些组合中提高了氧亲和力,而在另一些组合中降低了氧亲和力。它们的效应完全取决于遗传环境。

科学家获得的一个重要启示是,如果突变之间存在相互作用,那么一些进化突变信号通路有可能相比于其他的更容易利用。一个新突变的进化命运关键取决于已经存在哪些其他的突变。突变发生的顺序决定了进化更有可能追随在某些信号通路之后,其原因在于某些互作可能是负向的,而另一些互作可能是正向的。这些互作效应的类型决定了哪些突变信号通路开放和并为进化所利用。

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原文检索:

Chandrasekhar Natarajan, Noriko Inoguchi, Roy E. Weber, Angela Fago, Hideaki Moriyama, Jay F. Storz. Epistasis Among Adaptive Mutations in Deer Mouse Hemoglobin. Science, 14 June 2013; DOI: 10.1126/science.1236862

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