تبلیغات
انجمن زیست شناسی نمونه رفسنجان - Life-history traits may affect DNA mutation rates
انجمن زیست شناسی نمونه رفسنجان
! love biology
به وبلاگ علمی زیست شناسی رفسنجان خوش آمدید
انجمن زیست شناسی رفسنجان
مرتبه
تاریخ : پنجشنبه 29 فروردین 1392

Life-history traits may affect DNA mutation rates

Description: Life-history traits may affect DNA mutation rates

A composite image of 4 of the 32 mammal species whose life-history traits and DNA mutation rates are studied in the Penn State University laboratory of Kateryna Makova. From the top left corner, moving clockwise: a wild dog, a hyrax, a bat, and an elephant. Individual images are online at http://www.science.psu.edu/news-and-events/2011-news/Makova6-2011.

Credit: Anton Nekrutenko, Makova lab, Penn State University

For the first time, researchers have used large-scale DNA sequencing data to investigate a long-standing evolutionary assumption: DNA mutation rates are influenced by a set of species-specific life-history traits. These traits include metabolic rate and the interval of time between an individual's birth and the birth of its offspring, known as generation time. The team of scientists led by Kateryna Makova, a Penn State University associate professor of biology, and first author Melissa Wilson Sayres, a graduate student, used whole-genome sequence data to test life-history hypotheses for 32 mammalian species, including humans. For each species, they studied the mutation rate, estimated by the rate of substitutions in neutrally evolving DNA segments -- chunks of genetic material that are not subject to natural selection. They then correlated their estimations with several indicators of life history. The results of the research would be reported in the journal Evolution on 13 June 2011.

One of the a number of implications of this research is that life-history traits of extinct species now could be discoverable. "Correlations between life-history traits and mutation rates for existing species make it possible to develop a hypothesis in reverse for an ancient species for which we have genomic data, but no living individuals to observe as test subjects," Makova explained. "So, if we have information about how extant species' life history affects mutation rates, it becomes possible to make inferences about the life history of a species that has been extinct for even tens of thousands of years, simply by looking at the genomic data".

To find correlations between life history and mutation rates, the researchers first focused on generation time. "The expected relationship between generation time and mutation rate is quite simple and intuitive," Makova said. "The more generations a species haccording to unit of time, the more chances there are for something to go wrong; that is, for mutations or changes in the DNA sequence to occur." Makova explained that the difference between mice and humans could be used to illustrate how vastly generation time can vary from species to species. On the one hand, mice in the wild commonly have their first litter at just six months of age, and thus their generation time is very short. Humans, conversely, have offspring when they are at least in their mid-teens or even in their twenties, and thus have a longer generation time. "If we do the math we see that, for mice, every 100 years equates to about 200 generations, whereas for humans, we end up with only five generations every 100 years," Makova said. After comparing 32 mammalian species, her team observed that the strongest, most significant life-history indicator of mutation rate was, in fact, the average time between a species member's birth and the birth of its first offspring, accounting for a healthy 40% of mutation-rate variation among species.

Makova's team also observed that generation time affects male mutation bias -- a higher rate of DNA mutation in the male sperm versus the female egg. "Females of a species are born with their entire lifetime supply of oocytes, or egg cells. These cells have to divide only once to become fertilizable," Makova explained. "However, males of a species produce sperm throughout their reproductive life, and, compared with egg cells, sperm cells undergo a number of more DNA replications -- a number of more chances for mutations to occur." Prior scientists had demonstrated a higher DNA mutation rate in mammalian males than in mammalian females, a phenomenon called male mutation bias. However, until now, no one had shown that generation time was the main determinant of this phenomenon.

The second life-history trait that Makova's team examined was metabolic rate -- the amount of energy expended by an animal daily -- and how it correlates with genetic mutations. Wilson Sayres explained that some of the team's 32 test species, such as shrews and rodents, fell into the high-metabolism category, while others, such as dolphins and elephants, fell into the low-metabolism category. Prior scientists had hypothesized that the higher the metabolic rate, the greater the number of mutations. "As per this idea, sperm cells should be more affected than egg cells by a higher metabolic rate," Wilson Sayres said. "A sperm cell is very active and constantly moving, and, in addition, its cell membrane is not very dense. But an egg cell basically sits there and does nothing, while being protected by a thicker membrane, much like a coat of armor." Wilson Sayres explained that the combination of high energy and meager protection leaves sperm cells more susceptible to bombardment by free radicals -- atoms or molecules with unpaired electrons -- and that these free radicals can increase mutations. "The hypothesis is that a high metabolism greatly increases this already volatile situation, particularly for sperm; so, in our study, we expected stronger male mutation bias in organisms with high metabolic rate," Wilson Sayres said.

Makova's team observed that, unlike generation time, metabolic rate appeared to be only a moderate predictor of mutation rates and of male mutation bias. "While this finding was not as significant as the generation-time result, I suspect that further studies may provide stronger evidence that metabolic rate exerts an important influence on mutation rates and male mutation bias," Makova said. She explained that the challenge is to disentangle metabolic rate as a separate factor from generation time. "The two factors strongly correlate with one another, so it's hard to get a clear fix on how metabolism might be acting independently of generation-time intervals".

Third, Makova and her team explored another life-history trait that other scientists had hypothesized might affect mutation rates -- sperm competition. "Sperm competition is just that -- the struggle between the sperm of different males to fertilize egg cells," Wilson Sayres said. "In a species such as the chimpanzee, where females mate with a number of different males during a given cycle, intense sperm competition results in large testicle size, and thus, high sperm production. But in a harem species such as the gorilla, where each female is basically exclusive to one male, sperm competition is much less relevant, and the result is small testicle size and low sperm production." Makova explained that sperm competition should, in theory, correlate positively with sperm mutation and thus a higher male mutation bias. "The more sperm that are produced, the more cell divisions are needed and the greater the chances are of mistakes during DNA copying, or replication," Makova said.

However, in the case of sperm competition, the results were surprising. "We did not find as strong an association between male mutation bias and sperm competition as other scientists had hypothesized, eventhough we speculate that future studies might yield different results if the data on sperm competition are collected in different ways," Wilson Sayres explained.

                            ترجـــــــــــــــــمه در ادامه مطلب                                      برای مطالعه بیشتر اینجا کلیک کنید

منبعbiology-blog


صفات زندگی تاریخ ممکن است نرخ جهش DNA تاثیر می گذارد

 

صفات زندگی تاریخ ممکن است نرخ جهش DNA تاثیر می گذارد

یک تصویر مرکب از 4 از 32 گونه پستاندار که تاریخچه زندگی صفات و نرخ جهش DNA در آزمایشگاه دانشگاه پن استیت کارترین Makova مورد مطالعه قرار گرفته است. از گوشه بالا سمت چپ، حرکت در جهت عقربه های ساعت: یک سگ وحشی، نوعی خرگوش کوهی، خفاش، و یک فیل. تصاویر فردی آنلاین در http://www.science.psu.edu/news-and-events/2011-news/Makova6-2011 است.

 

اعتبار: آنتون Nekrutenko، آزمایشگاه Makova، دانشگاه ایالتی پن

 

برای اولین بار، محققان استفاده کرده اند در مقیاس بزرگ داده های توالی DNA برای بررسی یک فرضیه تکاملی طولانی مدت: نرخ جهش DNA توسط مجموعه ای از صفات خاص مختص به گونه تاریخ زندگی را تحت تاثیر خود قرار داده است. این صفات عبارتند از: سرعت سوخت و ساز و بازه ی زمانی بین تولد فرد و تولد فرزندان خود را، شناخته شده به عنوان طول مدت هر نسل بر حسب روز. تیم از دانشمندان به رهبری توسط کارترین Makova، دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، استادیار زیست شناسی، و نویسنده اولین ملیسا ویلسون Sayres، دانشجوی کارشناسی ارشد، به آزمون فرضیه های زندگی تاریخ 32 گونه پستانداران، از جمله انسان با استفاده از داده های توالی کل ژنوم. برای هر گونه، آنها مورد مطالعه نرخ جهش، نرخ تعویض در بی طرفانه در حال تحول قطعات DNA تخمین زده - تکه از مواد ژنتیکی که انتخاب طبیعی نیست. آنها پس از آن برآورد خود را با شاخص های مختلفی از تاریخ زندگی، در ارتباط است. نتایج حاصل از این تحقیق می توان در مجله تکامل در 13 ژوئن 2011 منتشر شده است.

 

یکی از تعدادی از پیامدهای این پژوهش، این است که صفات تاریخ زندگی از گونه های منقرض شده در حال حاضر می تواند قابل کشف. "ارتباط بین صفات تاریخ زندگی و نرخ جهش برای گونه های موجود را می توان به توسعه یک فرضیه در معکوس برای گونه های باستانی که ما داده های ژنومی، اما هیچ زندگی افراد به عنوان افراد مورد آزمایش را مشاهده،" Makova توضیح داد. "بنابراین، اگر ما اطلاعات در مورد چگونگی زندگی گونه های موجود بر نرخ جهش، آن را امکان پذیر می شود به استنباط در مورد تاریخچه زندگی از یک گونه است که حتی برای ده هزار سال منقرض شده است، به سادگی با نگاه کردن در داده های ژنومی ".

 

برای پیدا کردن ارتباط بین سابقه زندگی و نرخ جهش، محققان برای اولین بار در زمان نسل متمرکز شده است. Makova گفت: "رابطه مورد انتظار بین زمان تولید و نرخ جهش است کاملا ساده و شهودی است." "نسل بیشتر گونه به haccording واحد زمان، شانس بیشتری وجود دارد چیزی است که به اشتباه است که برای جهش و یا تغییر در توالی DNA رخ می دهد." Makova توضیح داد که تفاوت بین موش و انسان می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای نشان دادن چگونه افزایش طول مدت هر نسل می تواند از گونه ای به گونه دیگر متفاوت است. از یک طرف، موش در بین گیاهان خودرو (وحشی) معمولا اولین بستر خود را در تنها شش ماه از سن، و در نتیجه زمان تولید آنها بسیار کوتاه است. انسان، برعکس، فرزندان زمانی که آنها حداقل در اواسط این نوجوانان و یا حتی در دهه بیست سالگی خود هستند، و به این ترتیب یک زمان دیگر نسل. Makova گفت: "اگر ما انجام محاسبات ریاضی ما می بینیم که هر 100 سال موش، معادل به حدود 200 نسل، در حالی که برای انسان، ما تا پایان با تنها پنج نسل هر 100 سال" است. پس از مقایسه 32 گونه پستانداران، تیم او مشاهده شده که قویترین، مهم ترین شاخص تاریخ زندگی نرخ جهش، در واقع بود، به طور متوسط ​​زمان بین تولد و تولد اولین فرزند خود را عضو گونه، حسابداری برای سالم 40٪ از تغییرات نرخ جهش در میان گونه است.

 

تیم Makova همچنین تصریح کرده است که طول مدت هر نسل بر حسب روز بر تعصب جهش مرد - نرخ بالاتر از جهش DNA در اسپرم مرد در مقابل تخم مرغ زن. Makova توضیح داد: "ماده از یک گونه به با عرضه تمام طول عمر خود را از تخمک، یا سلول تخم به دنیا آمد. و این سلول ها دارند به تقسیم تنها یک بار برای تبدیل شدن به باروری،". "با این حال، مردان از یک گونه تولید اسپرم در طول عمر باروری خود، و، در مقایسه با سلول های تخم مرغ، سلول های اسپرم تحت تعداد تکرار بیشتر DNA - تعدادی از شانس بیشتری برای جهش ژنتیکی رخ می دهد." دانشمندان قبل از نرخ جهش DNA بالاتر در مردان پستانداران نسبت به زنان پستانداران نشان داده بود، پدیده ای به نام مرد تعصب جهش. با این حال، تا به حال، هیچ کس نشان داده است که طول مدت هر نسل بر حسب روز تعیین کننده اصلی این پدیده بود.

 

مقدار انرژی صرف شده توسط یک حیوان روزانه - - و چگونه آن را با جهش های ژنتیکی مرتبط دومین صفت تاریخ زندگی که تیم Makova را مورد بررسی قرار سرعت سوخت و ساز بود. Sayres ویلسون توضیح داد که برخی از گونه های آزمون 32 تیم، مانند shrews و جوندگان، سقوط به رده بالا سوخت و ساز بدن، در حالی که دیگران، از جمله دلفین ها و فیل ها، سقوط به رده کم سوخت و ساز بدن. دانشمندان پیش فرض کرده بود که سرعت سوخت و ساز بالاتر، تعداد بیشتری از جهش. ویلسون Sayres گفت: "همانطور که در این ایده، سلول های اسپرم باید سرعت سوخت و ساز بالاتر بیشتر آسیب دیده از سلول های تخم مرغ باشد". "یک سلول اسپرم بسیار فعال و به طور مداوم در حال حرکت است، و علاوه بر این، غشای سلولی آن بسیار متراکم نیست. اما سلول تخم اساسا نشسته وجود دارد و هیچ کاری نمی کند، در حالی که توسط یک غشاء ضخیم محافظت، بسیار شبیه به یک کت زره است. " ویلسون Sayres توضیح داد که ترکیبی از انرژی بالا و حفاظت ناچیز برگ سلول های اسپرم بیشتر در معرض بمباران توسط رادیکال های آزاد - اتم ها یا مولکول ها با الکترون های جفت نشده - و که این رادیکال های آزاد می تواند جهش را افزایش دهد. ویلسون Sayres گفت: "بنابراین، در مطالعه ما، ما در موجودات زنده با نرخ متابولیک بالا انتظار می رود تعصب جهش مرد قوی تر، این فرضیه این است که سوخت و ساز بدن بالا تا حد زیادی افزایش می دهد این وضعیت در حال حاضر فرار، به ویژه برای اسپرم".

 

تیم Makova را مشاهده که بر خلاف طول مدت هر نسل بر حسب روز، سرعت سوخت و ساز به نظر می رسد تنها یک پیش بینی متوسط ​​از نرخ جهش و از تعصب جهش مرد. Makova گفت: "در حالی که این یافته بود به عنوان نتیجه نسل زمان معنی دار نبود، من شک دارم که مطالعات بیشتر ممکن است شواهد قوی تر که محدودیت سرعت سوخت و ساز تاثیر مهمی بر روی نرخ جهش و تعصب جهش مرد." او توضیح داد که چالش این است که از گیر در اوردن سرعت سوخت و ساز به عنوان یک عامل مجزا از طول مدت هر نسل بر حسب روز. "دو عامل به شدت با یکدیگر مرتبط، بنابراین آن را سخت به دریافت ثابت روشن در چگونه سوخت و ساز بدن ممکن است اقدام به طور مستقل از فواصل زمان نسل".

 

سوم، Makova و تیم او به بررسی یکی دیگر از صفت تاریخ زندگی که دانشمندان دیگر ممکن است نرخ جهش بر فرض کرده بود - رقابت اسپرم. ویلسون Sayres گفت: - "مبارزه بین اسپرم مردان مختلف برای بارور سلول های تخم مرغ، رقابت اسپرم است که فقط". "در گونه ها مانند شامپانزه، که در آن زن با مردان مختلف در طول یک چرخه داده می شود، نتایج رقابت اسپرم شدید در اندازه بیضه بزرگ همسر، و در نتیجه، تولید اسپرم بالا. اما در حرمسرا گونه مانند گوریل، که در آن هر زن است که اساسا منحصر به فرد یک مرد است، رقابت اسپرم بسیار کمتر مربوطه، و نتیجه این است که اندازه بیضه های کوچک و تولید اسپرم کم است. " Makova توضیح داد که رقابت اسپرم باید در تئوری، ارتباط مثبت با جهش اسپرم و در نتیجه تعصب جهش مرد بالاتر. "اسپرم بیشتری که تولید می شود، تقسیمات سلولی بیشتر مورد نیاز است و بیشتر شانس، اشتباهات در هنگام کپی کردن DNA، و یا تکرار" Makova گفت.

 

با این حال، در مورد رقابت اسپرم، نتایج شگفت آور بودند. "ما به عنوان قوی ارتباط بین جهش مرد تعصب و رقابت اسپرم را پیدا کند به عنوان دیگر از دانشمندان فرض کرده بود، در عین حال ما بر این باورند که مطالعات آینده ممکن است نتایج متفاوتی عملکرد اگر داده ها در رقابت اسپرم به روش های مختلف جمع آوری شده،" ویلسون Sayres توضیح داد.




طبقه بندی: مطالعه و تحقیق، 
برچسب ها: مقاله، علمی، تحقیق، روز دنیا، جهش، ژن،
ارسال توسط محمد حسن شاهی
آخرین مطالب
آرشیو مطالب
نظر سنجی
کدام موضوع (topic) را در وبلاگ ارائه شود ؟






صفحات جانبی
پیوند های روزانه
logo

biology115

آخرین اخبار زیستی دنیا