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新研究提出对20年大肠杆菌实验的质疑

日期:2016-02-25 21:33:13 来源: 生物通 点击:

1988年,著名的微生物学和分子遗传学教授Richard Lenski利用单个大肠杆菌(Escherichia coli)的后代创建了12支实验室菌株,观察它们的进化。这些细菌在包含有柠檬酸的低葡萄糖培养基中生长,每天 Lenski研究组成员会将培养物以1:100的比率换到新培养基中。

20年后,研究组发表PNAS论文,公布了他们的部分发现——大约是3.15万代细菌出现了戏剧性的变化,突然获得了代谢柠檬酸的能力,而柠檬酸是其培养基中的第二种营养物质。大肠杆菌通常并不以柠檬酸为食,因为它们无法将其携带进细胞中。不过食柠檬酸细菌中的一个突变使其产生逆向转运蛋白CitT。该蛋白能让柠檬酸绕过细胞膜进入细胞。这种蛋白的基因已经存在,但在氧气出现时通常会被关闭。

然而2月1日,一组研究人员发表的一篇论文中指出,大肠杆菌中延迟出现的柠檬酸代谢能力也许并不是历史偶然性发生的结果,而是实验条件的改变。来自爱达荷大学的Scott Minnich和他的同事发现,当某些实验室条件发生改变,食柠檬酸大肠杆菌突变(Cit+)就会更快的出现,而且表现出与Lenski长期进化实验(LTEE)中观察到细菌相同的遗传变化。

Lenski等人提出Cit+突变进化分三步走:增效作用、实现过程(启动子捕获)和具体执行(与其它促进柠檬酸代谢的突变共同作用)。

在他们“重现”进化的实验中,研究人员在不同时间点利用样品重复实验,结果发现Cit+突变表型的细胞来自后代,而不是之前的传代,因此提出历史偶然性的观点。

而Minnich等人则认为Cit+表型罕见,也许是因为停滞Cit+进化的实验条件,由此他们设计了一个研究来验证不同条件下,Cit+突变是如何出现的。

Minnich等人首先利用Lenski长期实验中使用的同样包含柠檬酸和葡萄糖的培养基,来生长LTEE的大肠杆菌菌株REL606,不过他们的实验将时间延长到了一个星期,一个星期后才开始传代。在这种条件下,研究人员发现,Cit+突变会出现的更早:比之前提早了63天。

在另一项实验,研究人员在柠檬酸作为唯一碳来源的培养基中培养几种大肠杆菌菌株(不包括 REL60),挑选出来食用柠檬酸的细菌,在这些细菌中,Cit+突变还会提前40天出现。

“最新研究告诉我们,实际上这些表型要比最初预想出现的要早得多,”来自渥太华大学的微生物系统进化研究科学家 Rees Kassen(未参与该项研究)说,“对我来说,这提醒我如果要进行物种进化实验,悬哦非常谨慎的处理其生态环境。”

Lenski 和Blount对此表示赞同,突变出现依赖于生态环境。

但是他们也提出“文问题……并不是在于实验和数据,而是解读的过程,这种解读就我们看来并不科学和恰当”,Blount和Lenski在其博客上写道。

Minnich等人在论文中则指出,“Cit+突变作为一个例子,说明了微生物的适应能力,但至今LTEE并没有通过新遗传信息,也就是具有新功能的基因证实广义上的可持续进化”。

现有遗传信息的重排导致出现了新表型,这也是一个进化过程,LTEE作者反驳,“当自然选择,也就是不同的生存与繁殖情况能令基因组已经突变的细菌在柠檬酸上生长,这些突变很可能为细菌提供了新的有用信息,”Lenski和Blount在博客上写道,“说新功能进化(或已有功能被提升)时没有出现新的遗传信息,这是在偷换概念。”



(责任编辑:fangqi)

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