Nature：基因表達由誰說了算？
日期：2015-03-18 08:45:01
來自密歇根大學研究人員的一項新遺傳研究表明，無論你是在烤面包或是構建一個生物體，以正確的順序按適當量始終如一地添加成分是成功的關鍵。
利用面包酵母，Patricia Wittkopp和同事們開發了一種新方法闡明了隨機遺傳突變和自然選擇對基因表達進化的影響。他們的研究結果發布在3月16日的《自然》（Nature）雜志上。
密歇根大學生態學和進化生物學系、以及分子、細胞和發育生物學系副教授Wittkopp說：“這些研究結果告訴了我們，自然選擇對于一些突變效應的影響在生物體的進化中發揮了極大的作用。我們開發的這種方法使得我們能夠測試這些影響是什么，以及更好地了解進化的過程。”
在這項研究中，密歇根大學的研究人員利用了幫助酵母細胞將糖類轉化為生長所用能量的TDH3基因。為了了解遺傳突變對于TDH3表達的不同影響，他們系統地改變了啟動子中的每一個DNA堿基對。
他們在這一基因區域中構建出了所有可能的不同的遺傳突變，并檢測了每一個突變造成的基因表達改變。
“令人驚訝地是，我們發現大多數的突變沒有改變TDH3的平均表達，而是改變了基因完全相同的細胞間TDH3表達差異，”Wittkopp說。
論文的第一作者、研究生Brian Metzger說：“這就像你以不改變面包平均質量的方式改變一塊面包的配方，使得個別的面包塊的味道不可預知的變好或變壞。”
研究人員隨后鑒定了天然酵母菌株，看在自然環境下酵母真正利用了許多遺傳“食譜”中的哪一個。
Metzger說：“我們發現控制了TDH3表達、提高了基因表達差異的序列很少存在于自然環境中，表明自然選擇更喜歡讓TDH3表達保持一致性，使得每個細胞生成相似數量的基因產物。”
實驗表明，自然選擇不僅可以影響基因表達的水平，還影響了表達的一致性。這種表達噪音（expression noise）的一致性通過改變細胞獲得最有利的基因產物量的機會影響了進化適應性。
Wittkopp說：“檢測新突變的影響提供了有關進化謎題關鍵性的缺失的一塊。這項研究顯示了了解在缺失自然選擇的情況下性狀發生的改變，可以更深入地認識導致自然環境中觀察到的一些遺傳差異的進化過程。”
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