Kelangsungan hidup fit-ish – Sains Terkini

Sulit untuk membantah pepatah umum 'survival of the fittest'. Lagi pula, "sebagian besar gen dalam genom ada karena mereka melakukan sesuatu yang baik," kata Sarah Zanders, PhD, asisten penyelidik di Stowers Institute for Medical Research. Tapi, katanya, "yang lain ada di sana karena mereka telah menemukan cara untuk berada di sana."

Pemahaman konvensional tentang evolusi adalah bahwa gen yang menyandi fungsi menguntungkan adalah yang paling sering ditransmisikan, yang memastikan bahwa organisme paling cocok – yang memiliki sifat paling menguntungkan bagi lingkungannya – bertahan. Yang kurang diketahui adalah fakta bahwa terdapat elemen gen parasit di dalam organisme yang melakukan hal sebaliknya.

"Cara orang berpikir bahwa genom itu seperti masyarakat," jelas Zanders. "Di dalam masyarakat itu, ada individu yang memperoleh penghidupannya dari melakukan hal-hal baik dan memberikan kontribusi yang berharga. Namun ada orang lain yang tidak berkontribusi dengan cara yang bermanfaat dan sebenarnya berbahaya bagi masyarakat," jelas Zanders.

Lab Zanders mempelajari gen parasit di Schizosaccharomyces pombe, spesies ragi fisi yang kadang-kadang ditemukan dalam minuman teh fermentasi kombucha yang populer. Karena kesederhanaan dan waktu pembuatan yang cepat, S. pombe adalah sistem yang sangat mudah diatur untuk mempelajari elemen gen parasit, khususnya kelas yang dikenal sebagai driver meiosis. Alih-alih memberikan keuntungan kepada tuan rumah mereka, driver meiosis memberikan kerugian yang berbeda kepada tuan rumah mereka, untuk bias kelangsungan mereka sendiri. Salah satu metode untuk melakukannya, digunakan oleh wtf gen penggerak meiosis, adalah melalui keracunan sel selektif pada meiosis.

Meiosis adalah proses pembelahan sel di mana organisme yang bereproduksi secara seksual membentuk gamet – seperti sel telur dan sperma pada manusia, atau spora dalam ragi – untuk menyebar ke generasi berikutnya. Biasanya, proses ini menghasilkan gamet yang mewarisi satu dari dua salinan dari setiap kromosom yang dibawa oleh sel induk, dan setiap salinan ditransmisikan ke gamet dengan kecepatan yang sama. Driver meiotik, bagaimanapun, menyebabkan hubungan pendek hukum segregasi Mendelian ini.


"Biasanya semua alel – atau varian dari gen tertentu – mendapatkan kesempatan yang adil, dan seleksi alam dapat memilih yang terbaik," jelas Zanders. "Tapi alel yang merupakan driver meiosis memilih dirinya sendiri bahkan jika itu bukan pilihan terbaik. Dan itu tidak pernah menjadi pilihan terbaik."

Dalam makalah yang diterbitkan secara online 13 Agustus 2020, di eLife, anggota lab Zanders menjelaskan bagaimana mungkin driver meiosis tetap ada dalam populasi, bahkan saat mereka membunuh banyak calon inang. Ternyata begitu S. pombe dapat menggunakan varian gen lain untuk membantu menekan efek negatif dari driver meiosis, meskipun dengan mengorbankan kebugaran.

Biasanya, untuk menyebarkan strain laboratorium S. pombe, mereka bawaan. "Saat Anda menyilangkan dua isolat itu hampir identik, mereka hampir tidak menghasilkan keturunan, "jelas penulis pertama María Angélica Bravo Núñez, PhD, yang terlibat dalam identifikasi wtf gen, dan yang melakukan pekerjaan ini di Zanders Lab sebagai peneliti predoktoral di Sekolah Pascasarjana Stowers Institute. "Ini menunjukkan mungkin ada beberapa jenis kompetisi yang sedang dimainkan." Bravo Núñez dan rekannya menggunakan alasan ini untuk mencari gen yang mungkin berkonflik dalam genom yang serupa, tetapi tidak identik, S. pombe. Desain eksperimental sentral dari pekerjaan saat ini melibatkan penyilangan S. pombe isolat yang lebih dari 99% identik.

"Penyilangan bisa memiliki banyak keuntungan," kata Bravo Núñez, seperti menyediakan alel normal sebuah gen untuk menyelamatkan efek dari alel mutan. "Tapi gen penggerak meiosis yang kami pelajari sebenarnya menggunakan efek merusaknya dalam skenario heterozigot, di mana alel gen tidak sama."

Satu eksperimen yang mencerahkan yang mereka lakukan adalah membandingkan hasil kawin campur dan kawin silang S. pombe mengisolasi dalam latar belakang genetik yang mengandung mutasi pada rec12, yang merupakan gen yang mendorong segregasi kromosom yang tepat.

"Rec12 biasanya meningkatkan kesuburan," kata Bravo Núñez. "Saat kita dihapus rec12 fungsi, jumlah spora yang layak menurun, tetapi hanya dalam skenario bawaan. Jumlah relatif spora yang layak tidak benar-benar menurun dalam skenario outcrossed. "Selain itu, dari spora yang layak, mereka menemukan bahwa kelangsungan hidup bias terhadap produk gamet atipikal, yang dihasilkan dari mis-segregasi dan persilangan yang tidak sama dari kromosom berpasangan. Dengan kata lain , spora yang bertahan mengandung jumlah maksimal penggerak meiosis, terkadang karena mewarisi kromosom ekstra. Penemuan ini mengejutkan karena kromosom ekstra biasanya dianggap sangat berbahaya. Pada manusia, misalnya, kromosom yang ekstra atau hilang dapat menyebabkan gamet yang tidak dapat hidup, kelahiran yang parah cacat, atau infertilitas.

"Ketika Anda memiliki heterozigositas wtf gen, membuat mutasi di rec12 gen relatif baik untuk organisme, karena itulah yang harus terjadi agar tidak membunuh semua keturunannya, "kata Bravo Núñez.

"Kami memikirkan rec12 karena gen ini sangat penting untuk kesuburan, "jelas Zanders." Tapi situasinya sangat berbeda ketika terjadi persilangan. Memiliki rec12 sebenarnya tidak membantu sama sekali, karena ragi lebih baik membuat gamet yang tidak dihasilkan dari segregasi kromosom yang tepat. Ini hanyalah salah satu contoh kekuatan penggerak meiosis untuk mengubah lanskap meiosis. Pada dasarnya, apa yang 'baik' bagi organisme telah berubah. "


“Memiliki kromosom ekstra itu tidak baik, dan koloni ragi terlihat tidak biasa, kecil, dan tidak teratur. Tetapi setelah mereka terus tumbuh untuk beberapa saat, sel-sel kehilangan kromosom ekstra itu dan kemudian mereka dapat berkembang sebagai haploid. Jadi, langkah ini adalah sebenarnya hanya sementara, "kata Bravo Núñez.

Justru karena driver meiosis menggunakan pengaruhnya dalam skenario heterozigot, mereka mudah terlewatkan. "Ada banyak rasa dari penggerak meiosis. Beberapa bentuk penggerak meiotik sulit diukur secara eksperimental karena biasnya sangat halus," kata Zanders. "Kami bukan yang pertama mempelajari driver meiosis secara mendalam. Kami hanya memiliki sistem model yang lebih baik sekarang, jadi kami dapat membuat lebih banyak kemajuan lebih cepat."

"Sistem penggerak cenderung berulang, dan Anda biasanya dapat menemukannya dalam berbagai salinan dalam genom," kata Bravo Núñez. "Mereka, dalam banyak kasus, telah ditemukan di sistem lain, seperti jamur, tikus, dan lalat buah, tetapi belum sepenuhnya dikarakterisasi." Studi tentang driver meiosis di S. pombe "semoga dapat memandu penelitian di masa mendatang untuk memahami sistem penggerak lainnya."

"Manusia pasti memiliki gen penggerak meiosis. Apakah mereka memiliki gen penggerak meiosis dari jenis pembunuh gamet tidak jelas," kata Zanders. "Penggerak meiotik kemungkinan besar memengaruhi evolusi sentromer manusia, yang merupakan wilayah kromosom yang sangat penting untuk segregasi kromosom yang tepat. Fusi kromosom tertentu menunjukkan dorongan meiosis pada manusia, seperti halnya rangkaian yang terlibat dalam rekombinasi DNA. Kita akan membahasnya. terus fokus pada ini dan elemen gen parasit lainnya, strategi mereka, dan efeknya. "

Rekan penulis lain dari karya ini termasuk Ibrahim M. Sabbarini dan Lauren E. Eide dari Stowers Institute dan Robert L. Unckless, PhD, dari University of Kansas.

Pekerjaan ini sebagian didanai oleh Stowers Institute for Medical Research, March of Dimes Foundation Basil O'Connor Starter Scholar Research Award (5-FY18-58 to SEZ), Searle Scholar Award (to SEZ), dan National Institutes of Health ( National Institute of General Medical Sciences memberikan penghargaan R00GM114436 dan DP2GM132936 kepada SEZ dan penghargaan National Cancer Institute F99CA234523 kepada MABN). Konten tersebut sepenuhnya menjadi tanggung jawab penulis dan tidak selalu mewakili pandangan resmi dari National Institutes of Health.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.