15:25 2023-02-08
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noi perspective evolutive de la ieşirea din laborator
_ Noi perspective evolutive de la ieşirea din afară laboratorul
O mare parte a carierei sale, Justin Crocker, EMBL Heidelberg Group Leader, a lucrat la interfața de dezvoltare și evoluție. În două noi studii conduse de Crocker, oamenii de știință au arătat cum utilizarea condițiilor de laborator non-standard și a abordărilor biologiei sintetice ne pot ajuta să înțelegem mecanismele fundamentale care reglează dezvoltarea și evoluția fenotipurilor.
În acest sens, ele fac parte din domeniul în creștere al fenomenului - studiul sistematic al trăsăturilor unui organism și al modului în care acestea variază și se schimbă în timpul dezvoltării, precum și ca răspuns la mediu. Evoluția fenotipică devine deosebit de interesantă în lumina preocupărilor globale, cum ar fi schimbările climatice, unde multe animale sunt sub presiune pentru a se adapta rapid la medii în schimbare rapidă.
Fenotipurile sunt caracteristicile observabile ale unui organism - caracteristici precum comportamentul , aspectul, metabolismul, modelele de expresie a genelor etc. Acestea rezultă din interacțiunile dintre genotip - informațiile conținute în ADN și mediu. Fenotipurile pe care le prezintă orice organism depind adesea de decizii precise cu privire la genele care sunt exprimate unde și când.
În cele două publicații, grupul Crocker și colaboratorii lor oferă informații noi asupra unora dintre procesele cheie care determină robustețea a fenotipurilor și apariția de noi fenotipuri în timpul dezvoltării.
Aceste cunoștințe îi pot ajuta pe cercetători să înțeleagă mai bine modul în care diversitatea apare în timpul evoluției la animale și poate chiar să prezică modele ecologice și de mediu de schimbare în fenotipurile populațiilor de animale sălbatice .
Biologii studiază adesea organismele în condiții de laborator bine standardizate pentru a asigura rigoarea și reproductibilitatea. Cu toate acestea, acest lucru crește, de asemenea, riscul lipsei de efecte care devin evidente doar în afara acestor intervale înguste de condiții.
Folosind embrioni de muște a fructelor și o varietate de alte sisteme model, Crocker și echipa sa au demonstrat că importanța de a trece dincolo de condițiile standardizate de laborator și de a contesta ipotezele stabilite atunci când vine vorba de înțelegerea dezvoltării și evoluției fenotipurilor.
Echipa a folosit surse de hrană care încorporează fructe cultivate în și în jurul campusului EMBL Heidelberg în experimentele lor care pun legătura. mediile naturale și de laborator pentru a înțelege evoluția fenotipurilor.
În experimentele lor, ei au descoperit că pierderea unui anumit semn epigenetic, monometilarea H3K4, a dus la modificări ale comportamentului, expresiei genelor, metabolismului și chiar ratele producției de descendenți.
„Acest semn epigenetic este prezent în întregul genom, dar ștergerea lui pare să aibă un impact redus sau deloc asupra expresiei genelor, ceea ce i-a determinat pe oamenii de știință să ipoteze dimensiune care nu joacă un rol major în dezvoltarea și funcționarea normală”, a declarat primul coautor Albert Tsai, lider de echipă la Centre de Recherche en Biologie cellulaire de Montpellier (CRBM), fost post-doctorat în laboratorul Crocker.
Monmetilarea H3K4 se găsește omniprezent în aproape fiecare nucleu al celulei. „Aceasta ne-a determinat să ne întrebăm de ce există o astfel de impulsie evolutivă pentru a crea aceste semne dacă de fapt nu face nimic”, a spus Tsai. Grupul Crocker era sigur că le lipsește ceva.
Oamenii de știință au observat că pierderea monometilării H3K4 a dus la schimbări, mai ales atunci când muștele de fructe erau hrănite cu surse naturale de hrană, inclusiv cu fructe colectate în și în jurul lor. campusul EMBL. În absența acestui semn, anumite trăsături au devenit sensibile la condițiile de mediu și la diferite medii genetice. Când au fost expuse la temperaturi ridicate sau când anumite gene de fundal au fost mutate, organismele au răspuns, de asemenea, diferit.
„Contestă paradigma actuală de standardizare a experimentelor pe cât posibil să se concentreze pe condiții foarte specifice”, a spus Tsai. „Trebuie să găsim modalități controlate de a aduce mai multe medii naturale în laborator.”
Într-un al doilea studiu, Crocker și echipa sa au pus la îndoială cum apar noi fenotipuri, în primul rând. Aceasta este o întrebare centrală în biologia evoluționistă – pentru ca organismele să acumuleze mici modificări care ar fi selectate de mediu, trebuie să existe o modalitate de a introduce în mod continuu, rapid și ușor variații în fenotipuri.
În timp ce genomul nostru. acumulează adesea mici modificări – numite mutații – în timp, acestea nu duc întotdeauna la modificări ale fenotipurilor sau ale trăsăturilor observabile.
Echipa a început prin a studia expresia diferitelor gene în embrionii de muște a fructelor cu mutații punctuale. — modificări ale ADN-ului cu o singură nucleotidă — în regiunile amplificatoare ale genomului. „Ceea ce am început rapid să apreciem a fost că, deși nivelurile de expresie a genelor s-au schimbat la acești mutanți, a rămas întotdeauna în aceleași regiuni”, a spus Rafael Galupa, primul autor al lucrării și fost post-doctorat în laboratorul Crocker.
Cu alte cuvinte, dacă o genă este de obicei activă în intestin, de exemplu, nivelurile de expresie ale acesteia au crescut sau au scăzut ca urmare a mutațiilor, dar nu s-au mutat la un țesut diferit, de ex. muşchiul. „Așa că am început să ne întrebăm, ce este nevoie pentru a ne exprima în altă parte?” a spus Galupa, care în prezent este pe cale să-și înființeze laboratorul independent în Centre de Biologie Integrative, Toulouse (Franța). „În cele din urmă, în cursul evoluției, cum obții funcții noi?”
În continuare, echipa a introdus secvențe complet aleatorii în genom. Într-un context natural, secvențele aleatorii de ADN pot apărea în genom din cauza virușilor sau transpozonilor - elemente genetice mobile care se mișcă activ între diferite părți ale genomului.
Spre surprinderea cercetătorilor, cu ADN-ul lor sintetic abordare, ei au descoperit că secvențele aleatorii au condus cu ușurință expresia genelor și în toate părțile embrionului.
„Vorbim despre acest lucru de mult timp și toată lumea a crezut că este un pic nebunesc. Apoi am mers înainte și am făcut-o”, a spus Crocker. „În domeniu ne gândim adesea la modul în care este generată expresia, cum să activăm genele etc. Acest studiu ne face să ne gândim că, dacă orice secvență aleatorie poate conduce expresia și avem un genom cu milioane de secvențe — poate că întrebarea nu este așa. mai mult cum generați expresia, dar cum o reprimați sau controlați."
În studiile viitoare, laboratorul Crocker va continua să cerceteze în profunzime mecanismele care conectează genotipul și mediul cu fenotipuri.
Studiile au apărut Cell Reports și Developmental Cell.
Comentarii:
Adauga Comentariu