來自印第安那大學(xué)的生物學(xué)家和信息學(xué)家們構(gòu)建出了有史以來最廣泛的生物體DNA序列突變進程圖譜，闡明了關(guān)于突變的分子特性和這些可遺傳的改變發(fā)生的速度等重要的新進化信息。

通過分析無自然選擇壓力條件下經(jīng)歷超過20萬代的模型原核生物大腸桿菌（Escherichia coli）中精確的基因組改變，由印第安那藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物學(xué)系教授Patricia L. Foster領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)大腸桿菌DNA中的自發(fā)突變率比以前認為的實際上要低3倍。

這項新研究出現(xiàn)在今天《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）的早期版本上，還指出負責(zé)檢查新復(fù)制DNA及檢測錯誤的錯配修復(fù)蛋白不僅將突變率維持在了低水平，還維持了基因組中G-C內(nèi)容物與A-T內(nèi)容物的平衡。G-C和A-T是在相對的DNA鏈之間聯(lián)結(jié)的含氮堿基形成了DNA雙螺旋梯架的橫軸。

Foster說：“我們知道即使是在缺乏自然選擇的情況下，進化也將繼續(xù)進行因為新突變會隨機地固定在基因組中。因此，如果我們想確定特異的進化改變模式是否由選擇所驅(qū)動。了解缺乏選擇的情況下預(yù)期的模式絕對是有必要的。在這里我們定義了自發(fā)突變的速度和分子譜，將自然選擇促進或消除突變的能力最小化，這使得我們能夠捕獲基本上所有不會導(dǎo)致細菌死亡的突變。”

在一項平行突變累積試驗中利用一種錯配修復(fù)缺陷菌株（其突變率提高了100多倍），研究人員分析了近2000個突變，發(fā)現(xiàn)存在強烈的偏向?qū)?/SPAN>A-T堿基對改變?yōu)?/SPAN>G-C堿基對，與正常細菌中所見相反。

大腸桿菌染色體

Foster 指出：“在幾乎所有生物體中自發(fā)堿基對置換的分子譜是由G-C到A-T改變所支配，這往往會推動基因組向著更高的A-T內(nèi)容物改變。由于基因組的G-C內(nèi)容物差別很大，必定存在一些選擇壓力，或是一些非適應(yīng)性機制，可以驅(qū)動基因組往回提高G-C內(nèi)容物。”

新研究的共同作者印第安那大學(xué)Bloomington信息和計算學(xué)院副教授Haixu Tang,，信息學(xué)博士后研究人員Heewook Lee和生物學(xué)系博士后研究人員Ellen Popodi證實錯配修復(fù)是發(fā)生和決定基因組堿基組成的突變類型中的一個重要因素。由于錯配修復(fù)的活性可以受到環(huán)境的影響，這項工作的另一個意義在于突變模式可用于取證幫助確定特異的細菌株起源何處。

Foster 說：“通過建立通過選擇的無偏倚自發(fā)突變改變的分子特性基線參數(shù)，我們可以開始獲得更深入的了解決定突變率、突變譜、基因組堿基組成的因子，生物體之間可能的差異，以及通過環(huán)境條件它們可能如何共享的機制。由于突變是自然選擇作用的變異的來源。了解突變發(fā)生速度和自發(fā)突變改變的分子特性將使我們更全面地了解進化?！?/SPAN>