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进化选择最有效的基因-即使是百分之百的

进化促进了一个物种中最娴熟的成员的生存-但与同龄人相比,生物体必须有多少“适合”才能拥有选择性优势?乌普萨拉大学的一项新研究测量了塑造细菌基因组的力量,并确定微小百分之一的差异足以决定进化种族中的赢家和输家。

-简而言之,试图解释进化的短语必须是“适者生存”。有趣的是,这句话是由英国哲学家赫伯特斯宾塞于1864年创造的,旨在将他的经济理论与达尔文的作品相提并论-它只是后来适应了进化论。但它在解释一般概念方面做得非常好。

例如,在长颈鹿中,较长的脖子代表了进化优势,因为它可以让它们获得更多的食物。随着时间的推移,大自然选择短颈长颈鹿,相反,长颈鹿很难得到足够的食物。它们产生的后代较少,能够抵御掠食者的能量较少,最终会随着短颈的基因一起消失。

图片来源RichterMaganhildi。

但这句话确实留下了一些问题悬而未决;例如,在进化的眼中,一只长颈鹿的颈部需要多长时间与其他长颈鹿的颈部相比才算得上“适合”?

DiarmaidHughes教授和研究生GerritBrandis开始测量刚才通过研究细菌基因组。研究小组在他们的实验中观察了沙门氏菌,但他们研究的机制(例如食物竞争,或者使用这种食物比同龄人更快地生长的选择压力)适用于所有生物。

为了生长,细菌必须将其遗传密码翻译成氨基酸,然后将它们组装成蛋白质。因此,翻译的速度使增长成为瓶颈。遗传信息也具有“冗余”,这意味着有几种不同的代码(密码子)可以翻译成任何一种氨基酸。

布兰迪斯和休斯想知道哪些特定密码子是重要的用来制作EF-Tu,它是沙门氏菌中最重要的蛋白质之一。他们改变了细菌的遗传组成,发现即使用任何一种替代密码子切换该蛋白质基因中的单个密码子也会降低生物体的适应性。平均而言,改变密码子会使表达速度每代降低0.01%。

但即使是这么小的数量也足以确定选择性优势,产生密码子使用偏差-特定密码子的广泛使用制造高表达蛋白质。在几乎所有快速生长的生物体中都可以看到这种偏见,例如引起人类感染的细菌和酵母。

数亿年来,翻译机制通过进化而变得尽可能高效-在适应竞赛中,即使百分之一百也是重要的。

全文,题为“沙门氏菌中同义密码子使用偏倚的选择性优势”已在PLoSGenetics期刊在线发表,可以是在这里阅读。

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