Unge gener viste sig at tilpasse sig hurtigere end gamle

En ny undersøgelse fra Max Planck Institute for Evolutionary Biology i Plön og University of Sussex i Storbritannien viser, at et gens alder bestemmer, hvor hurtigt de tilpasser sig. Disse resultater demonstrerer, hvordan genudvikling opstår som en "adaptiv gåtur" gennem tiden.

Nye arter opstår og udvikler sig, fordi individer akkumulerer mutationer i deres genom, hvoraf nogle ikke har nogen effekt. Andre fører til ændringer, der giver deres transportører klare konkurrencefordele. Allerede i 1932 introducerede Sewall Wright en metafor, der inspirerede årtiers teoretisk og eksperimentel forskning i evolutionær biologi for at beskrive tilpasningsprocessen. Wright beskrev modellen af ​​"fitness-landskabet."

Her beskrev han en befolkning i udvikling som "vandrere", der bevæger sig mod et fitnesstop. Meget som en bjergbestiger, der langsomt klatrer til toppen af ​​et bjerg. I 1998 demonstrerede Orr, at denne "adaptive gåtur" følger en simpel regel om faldende udbytte:Jo længere en befolkning er fra dens fitness-top, jo større skridt tager den.

En forudsigelse af denne teori er, at nyligt udviklede, dvs. "unge" gener har en tendens til at akkumulere flere adaptive mutationer med større effekter end ældre gener, fordi de er længere væk fra deres fitness-top. Det er netop den hypotese, som Ana Filipa Moutinho og Julien Dutheil fra Max Planck Institute for Evolutionary Biology sammen med Adam Eyre-Walker fra University of Sussex ønskede at teste.

Det viste sig dog at være ret vanskeligt at teste denne hypotese. Den historiske registrering af mutationer akkumuleret i et gen er normalt ikke tilgængelig, og deres virkninger på fitness er stort set ukendte. Desuden kan andre egenskaber ved gener, såsom deres længde, forvrænge effekten af ​​genalderen. Derfor foreslog forfatterne en ny tilgang til at teste den adaptive walk-model for genudvikling.

Først brugte de populationsgenetiske modeller, der kan vurdere variation i fitnesseffekten af ​​mutationer. For at gøre dette sammenlignede de genomerne fra flere individer i en population og målte hastigheden af ​​adaptiv evolution i forskellige genkategorier. Ligeledes udnyttede de det faktum, at ikke alle gener i et genom er lige gamle.

Nogle gener er unge og kun deles af få nært beslægtede arter, mens andre er ældre og deles af arter, der blev adskilt for millioner af år siden. Endelig brugte de fordelingen af ​​mutationer blandt gener i forskellige aldre til at forstå, hvordan adaptive mutationer spredes over tid.

Ved at bruge to forskellige arter, frugtfluen Drosophila melanogaster og den lille blomstrende plante Arabidopsis thaliana, viste denne undersøgelse, at et gens alder signifikant påvirker hastigheden af ​​molekylær tilpasning, og at mutationer i unge gener har tendens til at have større effekter. Disse resultater giver det første stærke empiriske bevis på, at molekylær evolution følger en adaptiv gangmodel over en dyb evolutionær tidsskala og tilføjer et nyt lag af beviser til fitnesslandskabsteorien, der blev foreslået for næsten 100 år siden.

Forskningen blev offentliggjort i PLOS Biology . + Udforsk yderligere

Genfusion som en vigtig mekanisme til at generere nye gener i Oryza-genomer