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(shè)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(lǐng)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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