來自密歇根大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新遺傳研究表明，無論你是在烤面包或是構(gòu)建一個(gè)生物體，以正確的順序按適當(dāng)量始終如一地添加成分是成功的關(guān)鍵。

利用面包酵母，Patricia Wittkopp和同事們開發(fā)了一種新方法闡明了隨機(jī)遺傳突變和自然選擇對(duì)基因表達(dá)進(jìn)化的影響。他們的研究結(jié)果發(fā)布在3月16日的《自然》（Nature）雜志上。

密歇根大學(xué)生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)系、以及分子、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)系副教授Wittkopp說：“這些研究結(jié)果告訴了我們，自然選擇對(duì)于一些突變效應(yīng)的影響在生物體的進(jìn)化中發(fā)揮了極大的作用。我們開發(fā)的這種方法使得我們能夠測(cè)試這些影響是什么，以及更好地了解進(jìn)化的過程。”

在這項(xiàng)研究中，密歇根大學(xué)的研究人員利用了幫助酵母細(xì)胞將糖類轉(zhuǎn)化為生長所用能量的TDH3基因。為了了解遺傳突變對(duì)于TDH3表達(dá)的不同影響，他們系統(tǒng)地改變了啟動(dòng)子中的每一個(gè)DNA堿基對(duì)。

他們?cè)谶@一基因區(qū)域中構(gòu)建出了所有可能的不同的遺傳突變，并檢測(cè)了每一個(gè)突變?cè)斐傻幕虮磉_(dá)改變。

“令人驚訝地是，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的突變沒有改變TDH3的平均表達(dá)，而是改變了基因完全相同的細(xì)胞間TDH3表達(dá)差異，”Wittkopp說。

論文的第一作者、研究生Brian Metzger說：“這就像你以不改變面包平均質(zhì)量的方式改變一塊面包的配方，使得個(gè)別的面包塊的味道不可預(yù)知的變好或變壞。”

研究人員隨后鑒定了天然酵母菌株，看在自然環(huán)境下酵母真正利用了許多遺傳“食譜”中的哪一個(gè)。

Metzger說：“我們發(fā)現(xiàn)控制了TDH3表達(dá)、提高了基因表達(dá)差異的序列很少存在于自然環(huán)境中，表明自然選擇更喜歡讓TDH3表達(dá)保持一致性，使得每個(gè)細(xì)胞生成相似數(shù)量的基因產(chǎn)物。”

實(shí)驗(yàn)表明，自然選擇不僅可以影響基因表達(dá)的水平，還影響了表達(dá)的一致性。這種表達(dá)噪音（expression noise）的一致性通過改變細(xì)胞獲得最有利的基因產(chǎn)物量的機(jī)會(huì)影響了進(jìn)化適應(yīng)性。

Wittkopp說：“檢測(cè)新突變的影響提供了有關(guān)進(jìn)化謎題關(guān)鍵性的缺失的一塊。這項(xiàng)研究顯示了了解在缺失自然選擇的情況下性狀發(fā)生的改變，可以更深入地認(rèn)識(shí)導(dǎo)致自然環(huán)境中觀察到的一些遺傳差異的進(jìn)化過程。”