Evoliucijos modeliavimas, siekiant suprasti paslėptą genetinį jungiklį

Naudodami gerai prižiūrimas kompiuterines simuliacijas, pagrįstas pagrįstomis prielaidomis, skaičiavimo biologai gali imituoti tikras biologines sąlygas. Iš pradinės populiacijos (senosios fazės) jie gali išsiugdyti kelių tūkstančių kartų populiaciją, sukurdami tarpinę fazę, o po to tą kartą generuoti keliais tūkstančiais kartų, kad vystytųsi gautoje fazėje. Paskola: © 2021 KAUST; Anastasija Serin

Kai kurie organizmai sukuria vidinį jungiklį, kuris gali būti paslėptas kartoms, kol stresas jį sukels.

Kompiuterinis ląstelių, kurios išsivystė per keliasdešimt tūkstančių kartų, modeliavimas atskleidžia, kodėl kai kurie organizmai palaiko netinkamai veikiantį perjungimo mechanizmą, kuris prisitvirtina esant dideliam stresui, pakeisdamas kai kurias jų savybes. Šio „paslėpto“ jungiklio išlaikymas yra būdas organizmams palaikyti aukštą genų ekspresijos stabilumą normaliomis sąlygomis.

Pomidorų ragų lervos šiltesniame klimate yra žalios, todėl jas lengviau paslėpti, tačiau esant šaltesnei temperatūrai, todėl jos gali sugerti daugiau saulės spindulių. Šis reiškinys, aptinkamas kai kuriuose organizmuose, vadinamas fenotipiniu keitikliu. Paprastai paslėpta, ši konversija aktyvuojama reaguojant į pavojingus genetinius ar aplinkos pokyčius.

Mokslininkai paprastai tyrinėjo šį procesą, tirdami pokyčius, kuriuos organizmai patyrė skirtingomis aplinkybėmis skirtingose ​​kartose. Pavyzdžiui, prieš kelerius metus komanda pagimdė tabako raguotas lervas, norėdama stebėti spalvų pokyčius, panašius į raguotus pomidorų giminaičius.

„Kompiuteriniai modeliavimai, pagrįsti pagrįstomis prielaidomis ir atliekami atidžiai stebint, yra labai galingas įrankis atkartojant realią situaciją“, – sakė XUST Gao, skaičiavimo biologas iš KAUST. “Tai padeda mokslininkams stebėti, suprasti principus, kurių kitu atveju būtų labai sunku ar neįmanoma laikytis atliekant šlapius laboratorinius eksperimentus.”

GAO և KAUST tyrėjas Hiroyuki Kuvahara sukūrė kompiuterinį 1 000 nelytinių mikroorganizmų evoliucijos modeliavimą. Kiekvienam organizmui buvo pateiktas genų grandinės modelis, skirtas reguliuoti specifinio X baltymo išraišką.

Modeliuojant sukurta daugiau kaip 90 000 kartų populiacija. Pradinėje steigėjų populiacijoje buvo identiškos nepakitusios genų grandinės; stabiliomis sąlygomis išsivystė daugiau nei 30 000 kartų, bendrai vadinamų senovės gyventojais. Kitos 30 000 kartų, vadinamos tarpinėmis populiacijomis, buvo veikiamos kintančios aplinkos, kuri keitėsi kas 20 kartų. Pastarosios 30 000 susidariusių gyventojų kartų buvo veikiamos stabilios aplinkos.

Vyresnio amžiaus gyventojų, kurie vystėsi stabilioje aplinkoje, genų ekspresijos lygis buvo optimizuotas stabilumui. Bet jie buvo kitokie. Vyresnio amžiaus gyventojų stabilumas nereiškė fenotipinės transformacijos, tuo tarpu to pasekmė. Skirtumas, paaiškina Kuveitoje, kyla iš tarpinės populiacijos, tokiu atveju pirmenybė buvo teikiama norint išspręsti svyruojančias sąlygas.

Modeliuojant daroma prielaida, kad organizmų populiacija ilgą aplinkos stabilumo periodą palaiko savo perjungimo mašinas, palaipsniui kurdama žemos slenksčio jungiklius, kurie lengvai persijungia į aukšto slenksčio jungiklius, kai aplinka yra stabilesnė.

Kuveitas sako, kad lengviau nei mažomis mutacijomis transformuotis į nekonvertuojamą būseną. „Vietoj to, mes atsiduriame tam tikrame„ paslėptame “fenotipiniame atsijungime, kuris veikia kaip evoliucinis kondensatorius, išsaugodamas genetinę variaciją ir išlaisvindamas alternatyvius fenotipus didelių sutrikimų atveju“, – sakė Kuwahara.

Ateityje komanda planuoja naudoti kompiuterinį modeliavimą, kad ištirtų sudėtingesnes biologines sistemas, bendraujant su tyrėjais atliekant drėgnus laboratorinius eksperimentus. Jų tikslas yra sukurti teorines sistemas, kurias būtų galima eksperimentiškai patvirtinti.

Nuoroda. „Nuolatinis paslėptų jungiklių palaikymas kaip strategija padidinti genų raiškos stabilumą“ Sausio 14 d. Kompiuterinis gamtos mokslas,
DOI: 10.1038 / s43588-020-00001-y:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. ...

2D medžiagų paėmimas sukimui

„Spintronic“ skaičiavimo meno koncepcijos iliustracija. Tskubos universiteto Aukšto slėgio fizikos instituto mokslininkai kuria naują molibdeno disulfido tranzistorių, kuris sukuria elektronų sukimosi vaizdą, kuris galėtų atverti...

Marsas, Plejadės, Jupiteris, Saturnas ir kiti išskirtiniai „Skywatching“ 2021 m. Kovo mėn

Ko reikia kovo mėnesį? Marsas su draugais vakare, o grįžtančios planetos grįžta… Pirmąją savaitę arba kovo mėnesį Marsą rasite netoli Pleiades žvaigždžių spiečiaus vakaruose, praėjus...

„Prarastos ledo paslaptys“ galiausiai buvo išspręstos judant Žemės plutai

Grenlandijos ledynai 2018. Kreditas: NIOZ, Kim Sauter Naujo pasaulinio ledo dangos atstatymas per pastaruosius 80 000 metų. Ledynmečiu vidutinis pasaulio jūros lygis mažėja, nes didelis jūros...

Pirmieji Naujosios Anglijos žmonės gali turėti bendrą žemę su vilna

Vilnonio mamuto (Mammuthus primigenius) ekspozicijos Karališkame BC muziejuje Viktorijoje, Britų Kolumbijoje, Kanadoje. Paroda yra 1979 m., O kailis - muskuso plaukai. Autorius:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.