Биология - Долговременный эксперимент по эволюции E. coli - Результаты эксперимента

21 мая 2011


Оглавление:
1. Долговременный эксперимент по эволюции E. coli
2. Методика эксперимента
3. Результаты эксперимента



Частота мутаций

Изменение числа фиксированных мутаций и скорости роста бактерий от поколения к поколению

В работе приводятся результаты исследования популяции A-1, одной из 12, участвовавших в эксперименте. Авторы разделяют эволюцию популяции на два этапа, граница между которыми примерно приходится на поколение 26 000.

При секвенировании генома поколения 20 000 и сравнении его с геномом исходного штамма были обнаружены 45 фиксированных мутаций разного типа, из которых основная масса пришлась на однонуклеотидные замены. Скорость накопления фиксированных мутаций в течение первого этапа эксперимента оставалась примерно постоянной. Неожиданным оказалось то, что приспособленность бактерий к среде, выражавшаяся в скорости размножения, до поколения 1500 росла очень быстро, затем её рост замедлился при прежней скорости фиксирования мутаций.

В других популяциях за первые 20 000 поколений менее 100 фиксированных мутаций, из которых полезными были только от 10 до 20.

Картина эволюционных изменений в популяции А-1 кардинально изменилась после поколения 26 000. В этот момент произошла мутация в гене mutT, который кодирует белок, участвующий в репарации ДНК. В результате этого среднее число фиксированных мутаций резко возросло до 0,05 за поколение. Всего в поколениях 20 000—40 000 зафиксировалось 609 мутаций. Аналогичное увеличение скорости мутагенеза наблюдалось в трёх других популяциях из 12.

Изменения в метаболизме

Популяция A-3, заметно более мутная из-за повышенной плотности бактерий

Неожиданным оказался результат эволюции популяции А-3. В момент, соответствующий поколению 33 127, в колбе было замечено сильное помутнение, свидетельствующее о высокой плотности бактерий. Подобный эффект обычно наблюдался при загрязнении культуры бактериями другого вида, потребляющими цитрат натрия. Поскольку концентрация цитрата натрия в среде в 20 раз превышает концентрацию глюкозы, потребление цитрата обеспечивает значительно более высокую плотность клеток.

Неспособность питаться цитратами является характерной особенностью E. coli, поскольку каналы в её мембране не пропускают молекулы цитратов. Тем не менее, исследование показало, что цитрат натрия потребляют именно мутантные бактерии E. coli. Проверка генетических маркеров, а также наличие мутаций pykF и nadR, характерных для предыдущих поколений А-3, подтвердили, что бактерии Cit не привнесены извне, а являются мутировавшими особями исходного штамма.

Ретроспективное обследование замороженных образцов показало, что в поколении 31 000 бактерий Cit нет вообще, в поколении 31 500 они составляют 0,5 %, в поколениях 32 000 и 32 500 — 15 и 19 % соответственно. В поколении 33 000 Cit практически исчезают, однако в поколении 33 500 так же неожиданно отвоёвывают жизненное пространство и последующих поколениях полностью доминируют. Исследователи объясняют это появлением между поколениями 33 000 и 33 500 некоторой пока не установленной мутации, которая в сочетании со способностью питаться цитратом обеспечило бактериям Cit эволюционное преимущество.

Была проверена гипотеза о том, что способность усваивать цитрат имелась у бактерий изначально, однако до возникновения сопутствующих мутаций это качество явно не проявлялось. Гипотеза не подтвердилась, так как бактерии до 31 000-го поколения оказались неспособны размножаться в среде без глюкозы.



Просмотров: 9710


<<< ДНК-метилтрансфераза
Зимография >>>