(a) Fylogenetisk definition av skikten som används i analyserna för A. thaliana (överst) och D. melanogaster (nederst). Antalet gener mappade till varje kladd visas. (b) Samband mellan hastigheten för proteinevolution (ω), icke-adaptiva icke-synonyma substitutioner (ωna) och adaptiva icke-synonyma substitutioner (ωa) med genåldern i A. thaliana (överst) och i D. melanogaster (nederst). Klädorna beställs enligt (a). I D. melanogaster visas resultaten för X-länkade, autosomala och totala gener. Medelvärden för ω, ωna och ωa för varje kategori representeras med de svarta punkterna. Felstaplar anger för 95 % konfidensintervall för varje kategori, beräknat över 100 bootstrap-replikat. Kredit:PLOS Biology (2022). DOI:10.1371/journal.pbio.3001775
En ny studie från Max Planck Institute for Evolutionary Biology i Plön och University of Sussex i Storbritannien visar att åldern på en gen avgör hur snabbt de anpassar sig. Dessa fynd visar hur genutveckling sker som en "adaptiv vandring" genom tiden.
Nya arter uppstår och utvecklas eftersom individer ackumulerar mutationer i sitt genom, av vilka några inte har någon effekt. Andra leder till förändringar som ger deras transportörer tydliga konkurrensfördelar. Redan 1932 introducerade Sewall Wright en metafor som inspirerade årtionden av teoretisk och experimentell forskning inom evolutionsbiologi för att beskriva anpassningsprocessen. Wright beskrev modellen av "fitness-landskapet".
Här beskrev han en växande befolkning som "vandrare" på väg mot en konditionstopp. Ungefär som en bergsbestigare som sakta klättrar till toppen av ett berg. 1998 visade Orr att denna "anpassade promenad" följer en enkel regel om minskande avkastning:Ju längre en befolkning är från sin konditionstopp, desto större steg tar den.
En förutsägelse av denna teori är att nyligen utvecklade, dvs "unga" gener tenderar att ackumulera mer adaptiva mutationer med större effekter än äldre gener eftersom de är längre bort från sin konditionstopp. Det är just denna hypotes som Ana Filipa Moutinho och Julien Dutheil från Max Planck Institute for Evolutionary Biology, tillsammans med Adam Eyre-Walker från University of Sussex, ville testa.
Det visade sig dock vara ganska svårt att testa denna hypotes. Den historiska registreringen av mutationer ackumulerade i en gen är vanligtvis inte tillgänglig, och deras effekter på konditionen är i stort sett okända. Dessutom kan andra egenskaper hos gener, såsom deras längd, förvränga effekten av genålder. Därför föreslog författarna ett nytt tillvägagångssätt för att testa den adaptiva promenadmodellen för genutveckling.
Först använde de populationsgenetiska modeller som kan bedöma variation i fitnesseffekten av mutationer. För att göra detta jämförde de genomen från flera individer i en population och mätte graden av adaptiv evolution i olika genkategorier. Likaså utnyttjade de det faktum att inte alla gener i ett genom är lika gamla.
Vissa gener är unga och delas av endast ett fåtal närbesläktade arter, medan andra är äldre och delas av arter som separerade för miljoner år sedan. Slutligen använde de fördelningen av mutationer mellan gener i olika åldrar för att förstå hur adaptiva mutationer spred sig över tiden.
Med hjälp av två distinkta arter, fruktflugan Drosophila melanogaster och den lilla blommande växten Arabidopsis thaliana, visade denna studie att en gens ålder avsevärt påverkar graden av molekylär anpassning och att mutationer i unga gener tenderar att ha större effekter. Dessa resultat ger det första starka empiriska beviset för att molekylär evolution följer en adaptiv promenadmodell över en djup evolutionär tidsskala och lägger till ett nytt lager av bevis till fitnesslandskapsteorin som föreslogs för nästan 100 år sedan.
Forskningen publicerades i PLOS Biology . + Utforska vidare
