DNA纏結(jié)可以幫助預(yù)測突變的進(jìn)化

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

雖然大多數(shù)進(jìn)化是由自然選擇形成的，只有那些適應(yīng)環(huán)境的個(gè)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(xiàng)新研究表明，進(jìn)化也受到 DNA 鏈纏結(jié)的影響。

由巴斯大學(xué)與伯明翰大學(xué)合作領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家研究了兩種土壤細(xì)菌熒光假單胞菌(SBW25 和 Pf0-1)的進(jìn)化。

當(dāng)科學(xué)家們?nèi)コ艘粋€(gè)使細(xì)菌能夠游泳的基因后，兩種細(xì)菌都迅速進(jìn)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(dòng)性。

然而，每次科學(xué)家重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(jìn)化可以預(yù)測而另一種是不可預(yù)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(yù)測方式發(fā)生突變的 SBW25 菌株中，有一個(gè)區(qū)域的 DNA 鏈在其自身上形成一個(gè)發(fā)夾狀纏結(jié)。

這些纏結(jié)會(huì)破壞細(xì)胞機(jī)器，稱為 DNA 聚合酶，它在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制基因，因此更有可能發(fā)生突變。

當(dāng)該團(tuán)隊(duì)使用六個(gè)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(shí)，這消除了突變熱點(diǎn)，細(xì)菌開始以更廣泛的方式進(jìn)化以恢復(fù)其游泳能力。

米爾納進(jìn)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(dāng) DNA 被復(fù)制時(shí)，鏈會(huì)短暫分離。

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

“當(dāng) DNA 聚合酶沿著鏈運(yùn)行以復(fù)制基因時(shí)，它會(huì)碰到纏結(jié)并跳過，導(dǎo)致突變。

“我們的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。

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