研究揭示了人类复杂性的演变

对数千个基因的苦味分析和它们编码的蛋白质表明,人类至少部分地是生物学上复杂的,因为人类演变以应对由二份基因产生的冗余。

“我们发现了一种具体的进化机制,以考虑我们物种的复杂生物复杂性的一部分,”米饭大学生物工程教授阿里尔费尔南德斯说。“它是一种应对机制,这是一种过程,使我们能够处理效率低下的选择性后果。它使我们的一些蛋白质能够随着时间的推移而变得更加专业化,而且反过来让我们更加复杂。”

Fernandez是一个纸上的主要作者,以便在12月份出现在日记期间 基因组研究 。该研究现已在线提供。

Fernandez表示,该研究由他自己的研究小组和迈克尔林奇的开创性工作从先前的调查结果中取出,印第安纳大学生物学教授,最近选出了国家科学院学院。林奇’S的作品表明,与细菌一样更简单的生物相比,人类的自然选择效率较低。这“选择效率低下”与单细胞生物相比,来自人口大小的较小人口大小。

“在所有生物中,基因经常都经常复制,因为我们不’t fully understand,” Fernandez said. “在有效地工作时,自然选择消除了许多这些重复项,这些重复项称为‘paralogs.’ In our earlier work, we saw that an unusual number of gene duplicates had survived in the human genome, which makes sense given 选择效率低下 in humans.”

在蛋白质结构的研究中,Fernandez ’S团队发现一些蛋白质包装比其他蛋白质更差。此外,它们发现,仅当它们与合作蛋白结合以形成复合物时,最不有效的填充蛋白质在结构上稳定。

“当发生基因重复时,这些含量较差的蛋白质是潜在的麻烦制造者,” Fernandez said. “ParaLog编码蛋白质的更多副本而不是身体需求。这被称为a‘dosage imbalance,’它可以让我们生病。例如,剂量不平衡已涉及阿尔茨海默氏症’S和其他疾病。”

特定选择效率低下,费尔南德斯知道编码填充蛋白质不良蛋白质的常见药可留在人类基因组中相当长。因此,他和研究生陈决定研究基因复制品是否保持在足够长的基因组中,以便随机遗传突变影响寄生虫。 Fernandez和Chen,现在是北京,中国的高级研究员,在这种麻烦的伞状蛋白酶下进行了基因组学,蛋白质结构,MicroRNA调节和蛋白质表达的交叉分析数据库。

“由于选择效率低下,这些重复基因较长,它们越可能遭受随机突变,” Fernandez said. “每种基因的部分法令调节蛋白质表达—例如,通过与microRNA结合。我们发现随机突变导致副葡萄球菌的许多情况,以消除有害剂量失衡的方式表达鉴别术。”

Lynch说Fernandez的一个方面’潜在的研磨的研究是观察到蛋白质在复杂生物中进化的趋势。

“这种观察符合大型人口尺寸的大型生物—与微生物相比—受到随机遗传漂移的变幻莫测,因此累积非常温和的有害突变,” Lynch said.

原则上,他说,这种突变的积累可能会促进蛋白质稳定性的微小分解。反过来,这将打开门与其他蛋白质相互作用,这些蛋白质可以返回衡量稳定性的衡量标准。

“这些是新型蛋白质 - 蛋白质相互作用出现的潜在根源,这是复杂,多细胞物种的演化标志,” Lynch said. “换句话说,复杂性演化的一些关键方面的起源可能具有它们的起源在完全不适的过程中。”

Fernandez表示,该研究表明,越来越多的蛋白质可以发展。他为雇用了两个送货司机的企业提起了一个比喻,最初涵盖了城镇的同一部分,但最终专门从事特定社区提供。

“最终,即使时间变得艰难,你也不能摆脱他们中的任何一个,因为他们每个人都擅长所以贵公司需要它们都需要它们,” he said.

一种生物更简单,它具有它具有的专业蛋白质。人类和其他高阶哺乳动物需要许多专门的蛋白质来构建皮肤,骨架和器官的专业组织。甚至需要更多专门的蛋白质来维持和调节它们。这种复杂性要求保留原始插孔的重复基因,但除非选择效率低,否则不会发生这种情况。这通常是进化和智能设计的支持者之间的争用点。

Fernandez和Chen在人类基因组上看了重复基因,发现填充蛋白质更差,通过Parayog专业化越容易区分。

“这支持进化的情况,因为它表明您可以在重复基因中与随机突变引起复杂性,” Fernandez said. “但这也意味着随机漂移必须以达尔文选择为准。换句话说,如果达尔文选择在人类中无情地有效—因为它是细菌和单细胞真核生物—然后我们的复杂程度是不可能的。”

该研究得到了国家卫生研究院的支持。



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