DNA纏結(jié)可以幫助預測突變的進化

根據(jù)巴斯大學米爾納進化中心的一項新研究，解開的 DNA 中的纏結(jié)可以在細菌基因組中產(chǎn)生突變熱點。該研究的作者說，這些發(fā)現(xiàn)將幫助我們在未來預測細菌和病毒隨時間的進化，這有助于疫苗設計和更好地了解抗生素耐藥性。

雖然大多數(shù)進化是由自然選擇形成的，只有那些適應環(huán)境的個體才能生存并傳遞他們的基因，但發(fā)表在《自然通訊》上的一項新研究表明，進化也受到 DNA 鏈纏結(jié)的影響。

由巴斯大學與伯明翰大學合作領導的一組科學家研究了兩種土壤細菌熒光假單胞菌(SBW25 和 Pf0-1)的進化。

當科學家們?nèi)コ艘粋€使細菌能夠游泳的基因后，兩種細菌都迅速進化出再次游泳的能力，但使用的途徑卻截然不同。

其中一種菌株(稱為 SBW25)總是使特定基因的同一部分發(fā)生突變以重新獲得移動性。

然而，每次科學家重復實驗時，另一種菌株(稱為 Pf0-1)在不同基因的不同位置發(fā)生突變。

為了理解為什么一種菌株的進化可以預測而另一種是不可預測的，他們比較了兩種菌株的 DNA 序列。他們發(fā)現(xiàn)，在以可預測方式發(fā)生突變的 SBW25 菌株中，有一個區(qū)域的 DNA 鏈在其自身上形成一個發(fā)夾狀纏結(jié)。

這些纏結(jié)會破壞細胞機器，稱為 DNA 聚合酶，它在細胞分裂過程中復制基因，因此更有可能發(fā)生突變。

當該團隊使用六個沉默突變(不改變產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的序列)去除發(fā)夾結(jié)構(gòu)時，這消除了突變熱點，細菌開始以更廣泛的方式進化以恢復其游泳能力。

米爾納進化中心的蒂芙尼·泰勒博士說：“DNA 通常形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，但當 DNA 被復制時，鏈會短暫分離。

“我們發(fā)現(xiàn) DNA 中存在熱點，其中序列導致分離的 DNA 鏈重新扭曲——有點像你拉開繩子的鏈——這會導致纏結(jié)。

“當 DNA 聚合酶沿著鏈運行以復制基因時，它會碰到纏結(jié)并跳過，導致突變。

“我們的實驗表明，我們能夠通過改變序列以引起或防止發(fā)夾纏結(jié)來創(chuàng)建或去除基因組中的突變熱點。

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