科學(xué)家們長期以來就想知道生物如何利用一組有限的基因進(jìn)化出新的功能.一種流行的解釋就是基因偶然地發(fā)生重復(fù)；重復(fù)基因經(jīng)歷突變和獲得新的功能；如果那種新的功能是有用的,那么這種基因能夠擴(kuò)散開來 論文共同作者、加州大學(xué)戴維斯分校微生物學(xué)特聘教授John Roth說,"這是一種老的觀點(diǎn),而且它明顯地就是這樣發(fā)生的. Roth說,問題在于人們很難想象這是如何發(fā)生的.自然選擇在移除發(fā)生突變的基因上是特別有效的.沒有正向選擇的基因?qū)芸斓叵?那么,一種新發(fā)生重復(fù)的基因如何保持足夠長的時間以便獲得一種新的成為正向選擇目標(biāo)的有用功能？
Roth實驗室和其他科學(xué)家已經(jīng)通過一種"革新、擴(kuò)增和分歧"過程提出關(guān)于新基因起源的模型.如今,來自烏普薩拉大學(xué)的Joakim Nasvall、Lei Sun和Dan Andersson測試了這種模型. 在這種新的模型中.原始的基因首先除了它的主要活性之外獲得另一種較弱的功能.如果條件發(fā)生改變而使得這種次要功能變得重要的話,那么對這種次要功能的選擇會偏好增加舊基因的表達(dá). 增加基因表達(dá)的zui常見方法就是重復(fù)這種基因,可能發(fā)生多次重復(fù).自然選擇然后在這種基因的所有拷上發(fā)生作用.在選擇下,這些拷貝積累突變和發(fā)生重組.一些拷貝使得次要功能增強(qiáng),而其他的拷貝保留著它們的原始功能.
zui終,細(xì)胞攜帶者兩種不同的基因,每種基因提供一種功能,因此新的基因功能就產(chǎn)生了 Nasvall、Liu和Andersson利用沙門氏菌測試了這種模型.這種細(xì)菌攜帶著一種參與制造*的基因,而且該基因還擁有另一種較弱的促進(jìn)*合成的功能.在他們的研究中,他們將主要合成*的基因從這種細(xì)菌中移除,然后觀察會發(fā)生什么.在不含*的培養(yǎng)基中讓這種細(xì)菌發(fā)生3000次傳代后,他們強(qiáng)迫這種細(xì)菌進(jìn)化一種產(chǎn)生*的新機(jī)制：在原始的參與制造*的基因發(fā)生重復(fù)后,一種重復(fù)的基因拷貝會提供一種合成*的 Roth說,"我們的模型的重要改進(jìn)之處就在于整個過程都在持續(xù)選擇下發(fā)生的,也就是沒有一段時間不存在選擇,這樣額外的基因拷貝就不會因不存在選擇而可能丟失."
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