Elemek - a polyploidy tudományáról szóló hírek felgyorsítják az evolúciót
D. Ellenberg
"Hogy ne tévedj." Fejezet a könyvből
D. Deutsch
"A valóság szerkezete: a párhuzamos univerzumok tudománya". Fejezet a könyvből
Vlasov
Az Arizona kőzettüzletében
N. Karpushin
A geometria kincse
N. Semakov, A. Kovalev, A. Pavlov, O. Fedotova
Hol fut a mágnesoszlop?
P. Obraztsov
"Különböző lények csodálatos történetei." Fejezet a könyvből
B. Druzhinin
1. utazás az állatkertben
K. Postnov
Rapid radio bursts: a kulcsa a rejtély felfedezéséhez
H. Reznik
A munka útja - az ízületi gyulladás útja
Gavrilov
Mint a téli madarak is használják az embereket
Ábra. 1. A kísérlet rendszere. A kísérletekben részt vettek a haploid, diploid és tetraploid élesztők (amelyek oválisok, egy, két és négy fekete csíkkal). Mindegyik kísérleti populációt kék (CFP) és sárga (YFP) fluoreszcens fehérjével jelölt sejtekből alakítottuk ki 1: 1 arányban. A populációkat kedvezőtlen tápközegben tenyésztettük. Ugyanakkor több, közepes méretű kút is maradt üresen annak biztosítása érdekében, hogy a sejtek véletlenszerű áthelyezése egyik helyről a másikra ne történjen. Naponta a populációkat friss tápközegbe helyeztük át. A sárga és kék sejtek arányát napi egy alkalommal áramlási citometriával figyeltük. A jobb oldali grafikonok a haploid, diploid és tetraploid populációkban (fekete, kék és piros vonalak) a sárga sejtek arányának dinamikáját mutatják. Az 50% -os kiindulási értéktől való erőteljes eltérés azt jelzi, hogy a populációban hasznos mutáció jelent meg, amelyet a kiválasztás elkezdett támogatni. Az a tény, hogy a tetraploidokban a hasznos mutációk terjedése korábban megkezdődik, mint a diploidok és a haploidok, azt jelzi, hogy az első, erős jótékony hatású mutációk gyakrabban fordulnak elő. Kép a tárgyalt cikkből a Természetben
Az evolúciós kísérlet által lefolytatott amerikai biológusok azt mutatja, hogy az élesztő tetraploid (négy kromoszóma készlet, 4N), hogy alkalmazkodjanak a kedvezőtlen körülmények között gyorsabban, mint diploid (2n), és a haploid (1N). Fokozott sebesség tetraploid adaptáció van ellátva, egyrészt a magasabb előfordulási gyakorisága hasznos mutációk, a másik - az a tény, hogy ugyanaz a mutáció gyakran hasznosabb a tetraploid, mint a diploid és haploid. Különösen a megszerzése további másolatokat kromoszómák vagy veszteség (aneuploiditás) gyakran növeli a fitness tetraploid, míg diploid és haploid termelés ugyanazon változás nem előnyös. Úgy tűnik, a jelenléte további másolatokat a genom egyes sejtek részt vesz megszorítások adaptív evolúció, és rendelkezik több szabadságot az evolúciós „keresés”.
Poliploidiát (szoros növekedés a kromoszómák száma egy cellában) széles körben elterjedt a természetben, de a evolúciós szerepe nem tisztázott. Nyilvánvaló, hogy ő is a plusz és mínusz. Nyilvánvaló hátrányok az "extra" kromoszómák replikációjának energiaköltségei. Poliploid biztosít intenzívebb fehérjeszintézist, és általában korrelál egy méretének növekedése a sejtek és organizmusok, hogy előnyös lehet bizonyos körülmények között, és káros másokban. Továbbá polyploid elfedő recesszív káros mutációk, nem teszi lehetővé számukra, hogy megjelenik a fenotípus. Ez hasznos lehet, hogy rövid távon, de káros hosszú távon, mert ha a káros mutációk nem jelennek meg a fenotípus, a kiválasztás nem tudja hatékonyan elutasítja őket, és ők gyorsan felhalmozódik (genetikai terhelés növekedni fog). A körülmények megváltoztatása során azonban felhalmozódott káros mutációk hasznosak lehetnek. A poliploidia tehát növelheti mind a genetikai degeneráció, mind az evolúciós plaszticitás veszélyét. A kiválasztott hasznos mutációk polyploid minden nem világos: az uralkodó kedvező mutációk fognak felhalmozni hatékonyabb (polyploid nem akadályozzuk meg, hogy támogassa őket, és kelj fel, hogy több lesz, valószínűleg azért, mert a genom másolat minden cellában több), de a felhalmozódása a recesszív hasznos a mutációk, ellenkezőleg, problémák lesznek.
Az is ismert, hogy a növekedés a ploiditási vezethet genetikai instabilitást: mechanizmusai mitózis és a meiózis kezdődik, hogy nem, ami zavarokat kromoszóma forgalmazás leánysejtekbe. Ennek eredményeként vannak aneuploidia. Továbbá, kromoszómák lehet szakadt, a változás részek, stb Ismét, ez lehet egy kettős hatása: .. Az egyik oldalon - a fenyegető genetikai degeneráció, a másik - növekvő evolúciós plaszticitás (több anyag kiválasztása).
A kísérlet során a tetraploid populációk sokkal finomabbak, mint a diploid és a haploid. Így a genom példányszámának növekedése - legalábbis bizonyos körülmények között - növelheti a szervezetek evolúciós potenciálját. Ez a kísérlet fő eredménye.
Teljes genom szekvenálása képviselői 74 kísérleti populációk kiderült 240 új mutációk (egypontos nukleotid helyettesítéseket és kisebb szúrást vagy törlések), és a haploid vonalak 250 nemzedékek ragadt átlagosan 2,05 mutációk diploid - 2,87, tetraploid - többet, mint bárki más: 4.5.
Egy egyedülálló tulajdonsága tetraploid populáció kiderült számos nagy kromoszomális átrendeződések és kópiaszám változások egyes kromoszómák. Szinte minden a tetraploid vonal után 250 generáció evolúció volt aneuploiditás, azaz a példányszámot legalább egy kromoszóma (mind a 16 kromoszóma élesztőt egy haploid készlet) azok eltérnek az eredeti négy. Sok vonalak jelentős részét elvesztette a „felesleges” a kromoszómák, arra a pontra, hogy néhány klón váltak szinte diploid. Mások ellenben több kromoszómát vásároltak (ötödik, sőt hatodik), leggyakrabban a 13. helyen. A diploid és haploid populációk ilyet történt: a végén egy evolúciós kísérlet között, és nem számol fel semmilyen aneuploiditás.
Hasonló kísérleteket végeztünk olyan pontmutációval, amely az SNF3 fehérje egyik aminosavját helyettesíti. Ez a mutáció (annak SNF3-G439E szimbóluma) számos kísérleti populációban rögzült. Mint kiderült, ez segít, hogy túlélje a raffinóz élesztőt bármely ploiditás (1N, 2N vagy 4N), de ez kétszer olyan hasznos tetraploid, mint a diploid és haploid termeléshez (ábra. 2, bal alsó panel). A pozitív hatás a mutáció domináns: diploid és tetraploid elég, hogy ez a mutáció csak a két (vagy négy) példányban a kromoszóma úgy, hogy nyilvánult meg teljesen. Ráadásul egy kedvező glükóz környezetben ez a mutáció szinte nincs hatással a fitneszre (2. ábra, jobb alsó ábra).
Ábra. 2. Ugyanez a mutáció eltérő hatással lehet a fitnessre a ploiditól függően. A két felső grafikon a diploid és tetraploid törzsek (ill. Kék és piros pontok) illékonyságát mutatják kedvezőtlen táptalajra a raffinózzal (bal diagram) és kedvező környezetben glükózzal (jobb diagram). 2N, 4N-referencia diploid és tetraploid törzsek; 2N + kr. XIII, 4N + chr. XIII - ugyanazok a törzsek a 13. kromoszóma további példányával. A két alsó grafikon mutatják az élesztőképességet különböző ploidával az SNF3-G439E mutáció jelenlététől vagy hiányától függően. Ábra a tárgyalt cikkből a természetben
Következésképpen a kísérletben feltárt tetraploidák evolúciós előnyei nem magyarázhatók teljes mértékben az eredeti alacsony alkalmasságukkal. Nyilvánvaló, hogy a poliploidia - legalábbis bizonyos esetekben - valóban fokozza az evolúciós plaszticitást és az alkalmazkodóképességet. Ez a hatás lehet rövid távú, és maga a poliploid állapot átmeneti. A teljes genomiális sokszorosítás után az organizmusok gyorsan és hatékonyan fejlődnek egy időben, egyidejűleg elveszítve a felesleges géneket és kromoszómákat.
Természetesen, ha a vizsgálati élesztő nem mesterségesen le lett tiltva a szexuális folyamathoz, az eredmények eltérőek lennének. Például aneuploidia, ártalmatlan és néha előnyös az aszexuális organizmusok számára, nehézségeket okoz a meiózisban, mivel az aneuploidia esetében nem minden kromoszóma talál homológ párt. Ezért a szexuális reprodukció jelenlétében az aneuploid állapot nem lehet stabil (asexuals esetén). De talán az igazságos populációk fejlődésének kísérleti tanulmányozásának jelenlegi módja indokolt: érdemes jobban megérteni ezt az egyszerűbb esetet, mielőtt egy további, minden bonyolult tényezőt, például a szexet magába foglalna.