更复杂的生物系统更自由地发展

我们的基因(又称基因型)决定了我们的特征(也就是表型)。进化作用于表型的变化，当突变改变潜在的基因型时发生。但是，突变产生的表型变化是不是没有界限 - 蚂蚁不能突然长出树干或变成大象的大小。奥地利科学技术研究所(IST奥地利)的研究人员发现，在细菌大肠杆菌的基因调控系统中，突变的组分越多，系统可以越自由地进化。这是由Calin Guet，Jonathan Bollback和第一作者Mato Lagator在eLife领导的团队发表的一项研究的结果。

突变的影响定义了系统如何变化。但是在一个调节基因表达的几个组件系统中，当几个组件发生突变时会发生什么?系统是否有更少的更改选项或更多?研究人员在大肠杆菌的一个小基因调控系统中研究了这个问题，该系统由两部分组成：首先是转录因子，它是一种控制遗传信息从DNA到RNA转录速率的蛋白质。第二，它在DNA上的结合位点，其中转录因子结合起始转录。在这项研究中，科学家研究了当他们自己突变每个组件时，以及当他们同时突变两个组件时会发生什么。

有点违反直觉，他们发现当更多组件发生变异时，系统的演变受到的限制较少。“与我在进行实验之前所假设的形成鲜明对比的是，如果我们改变几个组件，系统可以更自由地进化。这对我来说非常惊讶!”第一作者Mato Lagator说。然后，该团队研究了为什么系统与其各个组件相比可以在更多方向上发展。

他们发现系统更自由地进化，因为两种成分中的突变相互作用，这种现象称为“分子间上位性”。Mato Lagator解释了它的意义：“上位意味着一加一不等于二，而是三或零。从遗传学上讲，一点突变会改变转录因子，使我们基因调控系统的表型改变X，另一点突变改变结合位点，使表型改变Y.现在，当两个突变一起发生时，表型不仅仅是X + Y，它是不同的。这意味着突变相互作用，使整个系统更自由地改变和发展。

到目前为止，我们对上位性的理解大多是描述性的，但现有的分子机制如何定义上位性模式还没有被理解。Mato Lagator解释说，在这项研究中，研究人员对两种不同分子中的突变如何相互作用进行机械理解。“最令人兴奋的是，我们证明了 - 在这个基因调控系统中 - 大多数上位性都来自系统的遗传结构。这种结构决定了突变如何相互作用。”

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