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Nature:美学者发表大肠杆菌细菌演化研究论文

摘要 : 2016年8月1日,国际学术权威刊物自然出版集团《Nature》杂志在线发表了美国密歇根州立大学Richard Lenski教授等研究人员的一篇研究成果,研究利用先进的技术研究了数万代的大肠杆菌,对大肠杆菌的全基因组进行测序,找到了一些有益突变,这使得细菌比它们的祖先具有竞争优势的基因。

 2016年8月1日,国际学术权威刊物自然出版集团《Nature》杂志在线发表了密歇根州立大学Richard Lenski教授等研究人员的一篇研究成果,研究利用先进的技术研究了数万代的大肠杆菌,对大肠杆菌的全基因组进行测序,找到了一些有益突变,这使得细菌比它们的祖先具有竞争优势的基因。

Richard Lenski及同事报告了取自12个菌群的264个克隆体的全基因组测序情况,这些菌群已经在相同的培养条件下演化了50000多代,是1988年开始的大肠杆菌(Escherichia coli)长期演化实验(LTEE)项目的一部分。作者描述了这个独一无二的对照实验体系中基因组演化的模式和动态情况,包括中性突变和有益突变的积累速度。

来自不同代LTEE的这些大肠杆菌已在冷冻箱中保存了近30年,研究人员现在复苏它们查看了它们DNA中的改变。能够重返冷冻箱研究多年前的样本,是Lenski将LTEE称作为是“不断带来新研究成果的实验”的原因之一。

Lenski 说:“开展如此长期的一项实验其好处之一就是,会一路涌现我在1988年启动LTEE时不存在的一些新技术。直到1995年才测序了首个细菌基因组,现在在这篇论文中,我们从这次实验中测序了264个完整的基因组。”

研究小组对数百个大肠杆菌基因组进行测序,检测了经历50,000多代这些细菌如何改变了它们的DNA。研究人员在LTEE的12个种群中发现了14,000多个改变。每个种群以不同的方式发生改变,但也有一些重要的共性。

最重要且最简单地就是,这些突变集中于一组基因中——在这些基因中突变赋予了细菌竞争优势。种群间出现的一个惊人差异是,一半的种群比另一半以更高的速度突变,即便它们都起源于具有低突变率的同一祖先菌株。

德克萨斯大学奥斯汀分销分子生物科学助理教授Jeffrey Barrick 说:“即便是在最简单的微观世界中我们可以想象研究进化——一种细菌被保存在实验室中无变化的条件下多年,我们正在了解有关进化速度和过程的一些新东西。这种定量信息对于人类健康非常重要,它提高了我们预测在慢性感染和我们的微生物组中细菌如何进化的能力。”

原文链接:

Tempo and mode of genome evolution in a 50,000-generation experiment

原文摘要:

Adaptation by natural selecion depends on the rates, effects and interactions of many mutations, making it difficult to determine what proportion of mutations in an evolving lineage are beneficial. Here we analysed 264 complete genomes from 12 Escherichia coli populations to characterize their dynamics over 50,000 generations. The populations that retained the ancestral mutation rate support a model in which most fixed mutations are beneficial, the fraction of beneficial mutations declines as fitness rises, and neutral mutations accumulate at a constant rate. We also compared these populations to mutation-accumulation lines evolved under a bottlenecking regime that minimizes selection. Nonsynonymous mutations, intergenic mutations, insertions and deletions are overrepresented in the long-term populations, further supporting the inference that most mutations that reached high frequency were favoured by selection. These results illuminate the shifting balance of forces that govern genome evolution in populations adapting to a new environment.

来源: Nature 浏览次数:56

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