Ginaya ang ebolusyon para sa pag-unawa sa tagong paglipat ng genetiko

Ang paggamit ng mga simulation ng computer batay sa makatuwirang mga pagpapalagay at isinasagawa sa ilalim ng malapit na pangangasiwa, ang mga biologist ng computational ay maaaring gayahin ang tunay na mga biological na kondisyon. Simula sa paunang populasyon (sinaunang yugto), maaari silang bumuo ng isang populasyon sa paglipas ng maraming libong henerasyon upang makabuo ng isang intermediate phase, at pagkatapos ay paunlarin ang henerasyong iyon para sa ilang libong henerasyon upang makabuo ng isang derivative phase. Kredito: © 2021 KAUST; Anastasia Serin

Ang ilang mga organismo ay bumuo ng isang panloob na switch na maaaring manatiling nakatago sa maraming henerasyon hanggang maapektuhan ito ng stress.

Ang mga simulation ng computer ng mga cell na umuusbong sa sampu-sampung libo ng mga henerasyon ay nagpapakita kung bakit ang ilang mga organismo ay nagpapanatili ng sirang mekanismo ng paglipat na naaktibo sa ilalim ng matinding stress sa pamamagitan ng pagbabago ng ilan sa kanilang mga katangian. Ang pagpapanatili ng “nakatagong” switch na ito ay isang paraan para mapanatili ng mga organismo ang isang mataas na antas ng katatagan ng expression ng gene sa ilalim ng normal na mga kondisyon.

Sa mga maiinit na rehiyon, pinapabilis ng berdeng kamatis na mga uod ng kamatis ang pagbabalatkayo, ngunit sa mas malamig na temperatura ay itim upang sila ay makahigop ng mas maraming sikat ng araw. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, na nangyayari sa ilang mga organismo, ay tinatawag na phenotypic switching. Karaniwan ang paglipat na ito ay pinapagana bilang tugon sa mapanganib na mga pagbabago sa genetiko o mga pagbabago sa kapaligiran.

Karaniwang pinag-aralan ng mga siyentista ang prosesong ito sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga pagbabago na naganap sa mga organismo sa ilalim ng iba’t ibang mga pangyayari sa maraming henerasyon. Halimbawa, ilang taon na ang nakakalipas, ang koponan ay nagpalaki ng mga henerasyon ng larvae ng tabako upang obserbahan at maging sanhi ng mga pagbabago sa kulay na katulad ng mga nangyari sa kanilang kamag-anak na kamatis ng kamatis.

“Ang mga simulasyong computer, na batay sa makatuwirang mga pagpapalagay at malapit na sinusubaybayan, ay isang napakalakas na tool para sa pagtulad sa totoong sitwasyon,” sabi ng computational biologist na si KAUST Xin Gao. “Tinutulungan nito ang mga siyentista na obserbahan at maunawaan ang mga prinsipyo na kung hindi man napakahirap o imposibleng obserbahan kapag nagsasagawa ng mga eksperimento sa isang laboratoryo.”

Ang mananaliksik ng Gao at KAUST na si Hiroyuki Kuwahara ay nakabuo ng isang computer simulate ng ebolusyon ng 1,000 asexual microorganisms. Ang bawat organismo ay nakatanggap ng isang modelo ng kadena ng gene upang makontrol ang pagpapahayag ng isang tukoy na X na protina.

Ang simulation ay ginawang 90,000 henerasyon ang populasyon. Ang orihinal na populasyon ng founding ay may parehong mga pangkalahatang kadena na hindi lumipat, at umunlad sa higit sa 30,000 na henerasyon, na sama-samang tinawag na mga sinaunang populasyon, sa ilalim ng matatag na mga kondisyon. Ang susunod na 30,000 na henerasyon, na tinawag na intermediate, ay nagdusa mula sa pagbabago ng mga kundisyon na nagbago tuwing 20 henerasyon. Ang huling 30,000 na henerasyon, ang nagresultang populasyon, ay nalantad sa isang matatag na kapaligiran.

Ang mga indibidwal ng sinaunang at nagmula sa mga populasyon na nagbago sa matatag na mga kondisyon ay may mga antas ng pagpapahayag ng gene na na-optimize para sa katatagan. Ngunit magkakaiba sila: ang katatagan ng sinaunang populasyon ay hindi kasangkot sa paglipat ng phenotypic, habang ang populasyon na nagmula. Ang pagkakaiba, ipinaliwanag ni Kuwahara, ay dahil sa isang intermediate na populasyon kung saan ang kagustuhan ay napakalaki upang makitungo sa mga pabagu-bagong kondisyon.

Ang simulation ay nagpapahiwatig na ang mga populasyon ng mga organismo ay nagpapanatili ng kanilang mga mekanismo ng paglipat sa loob ng mahabang panahon ng katatagan ng kapaligiran, unti-unting ginawang mga switch na mababa ang threshold, na madaling mapapalitan sa pagbabago ng mga pangyayari, sa mga switch ng high-threshold kapag ang kapaligiran ay mas matatag.

Ito ay mas madali, naniniwala si Kuwahara, kaysa bumalik sa isang hindi paglipat na estado sa pamamagitan ng maliliit na pagbabago ng mutational. “Sa halip, nakakakuha kami ng isang uri ng ‘nakatagong’ phenotypic switching na kumikilos bilang isang evolutionary capacitor, pinapanatili ang mga pagkakaiba-iba ng genetiko at naglalabas ng mga alternatibong phenotypes sakaling may mga makabuluhang kaguluhan,” sabi ni Kuwahara.

Susunod, plano ng koponan na gumamit ng mga simulation ng computer upang mapag-aralan ang mas kumplikadong mga biological system, at upang makipagtulungan nang interactive sa mga mananaliksik na nagsasagawa ng mga eksperimento sa isang mahalumigmig na laboratoryo. Ang kanilang hangarin ay upang paunlarin ang mga pundasyong teoretikal na maaaring patunayan sa eksperimentong.

Sanggunian: “Ang matatag na pagpapanatili ng mga nakatagong switch bilang isang diskarte upang madagdagan ang katatagan ng expression ng gen”, Hiroyuki Kuwahara at Xin Gao, Enero 14, 2021, Mga natural na agham.
DOI: 10.1038 / s43588-020-00001-u

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pinagbubuti ng bagong disenyo ang kahusayan ng mga susunod na henerasyong Perovskite solar panel

May-akda David L. Chandler, Massachusetts Institute of Technology Pebrero 27, 2021 Ipinapakita ng imaheng ito ang mga photovoltaic compound ng pereuskite na may mga indibidwal na...

Sinabi ng mga mananaliksik na natuklasan nila ang mga misteryo ng mga buwan ng Mars

Ang artista ay maaaring pinagmulan ng pilosopiya at ang pagkamatay ng hidwaan sa pagitan ng unang buwan ng Mars at mga asteroid. Kredito:...

Mga pagkakasunud-sunod ng 64 Perpektong Mga Genome ng Tao upang mas mahusay na makuha ang pagkakaiba-iba ng genetiko

Gusali ng genome. Utang: NIH Ang Susunod na Mga Genome ng Tao ay Magsisilbing isang Bagong Sanggunian para sa Pagpaplano ng Genetic Genetic at...

Patuloy na sinusubaybayan ng bagong patch ng balat ang mga signal ng cardiovascular at antas ng biochemical

Ang malambot na nababanat na patch na ito ay maaaring sabay na kontrolin ang presyon ng dugo at antas ng biochemical ng isang gumagamit....

Ang unang pandaigdigang pagtatantya na ang kalikasan ay gumagamot ng 41.7 milyong toneladang basura ng tao sa isang taon

Ipinapakita ng larawang ito ang hindi ginagamot na dumi sa alkantarilya malapit sa mga pakikipag-ayos sa Peri-urban Hyderabad. Kredito: Tishat Poonthu Ayon sa mga...

Newsletter

Subscribe to stay updated.