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

Ang paglulunsad ng NASA Walnops rocket ay makikita sa East America

Mapa ng visibility ng Kinnet-X. Kredito: NASA A. Mission upang tuklasin ang transportasyon sa kalawakan gamit ang enerhiya a NASA Ang rocket na tunog...

Bakit kaya mahirap magamot ang COVID-19? Isang Komprehensibong Pagsuri sa Alam Namin

Lumalagong Mga Punto ng Katibayan ng Hindi Karaniwang Nakakahawang Profile Isang komprehensibong pagsusuri ng alam namin COVID-19 at kung paano ito gumagana ay nagmumungkahi na...

Nakikita ng NASA ang mga alon sa ibabaw ng dagat [Video]

Ang mga alon sa loob, o mga papasok na alon, ay maaaring umabot ng daan-daang mga paa sa ibaba ng ibabaw ng karagatan, ngunit...

Mga Kamangha-manghang Dinosauro na Naghahanap ng Kadiliman

Muling pagbuo ng Shuvuuia deserti artist. Kredito: Viktor Radermaker Ang maliit na dinosauro na nakatira sa disyerto ng Shuvuuia ay may natatanging paningin at...

Ang “Molecular glue” ay nagdaragdag ng kahusayan at ginagawang mas maaasahan ang pereskite solar cells sa paglipas ng panahon

Ginamit ng mga mananaliksik ang self-assemble na solong-layer na "molekular na pandikit" upang patigasin ang mga interface sa pereskite solar cells upang gawing mas...

Newsletter

Subscribe to stay updated.