Een nieuwe studie van het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Biologie in Plön en de Universiteit van Sussex in het VK laat zien dat de leeftijd van een gen bepaalt hoe snel ze zich aanpassen. Deze bevindingen laten zien hoe genevolutie plaatsvindt als een "adaptieve wandeling" door de tijd.

Nieuwe soorten ontstaan ​​en evolueren omdat individuen mutaties in hun genoom accumuleren, waarvan sommige geen effect hebben. Andere leiden tot veranderingen die hun vervoerders duidelijke concurrentievoordelen geven. Al in 1932 introduceerde Sewall Wright een metafoor die decennia van theoretisch en experimenteel onderzoek in de evolutionaire biologie inspireerde om het aanpassingsproces te beschrijven. Wright beschreef het model van het 'fitnesslandschap'.

Hier beschreef hij een zich ontwikkelende bevolking als "wandelaars" die op weg waren naar een fitnesspiek. Net als een bergbeklimmer die langzaam naar de top van een berg klimt. In 1998 toonde Orr aan dat deze "adaptieve wandeling" een eenvoudige regel van afnemende meeropbrengst volgt:hoe verder een populatie verwijderd is van haar fitnesspiek, hoe groter de stappen die ze neemt.

Een voorspelling van deze theorie is dat recent geëvolueerde, d.w.z. "jonge" genen de neiging hebben om meer adaptieve mutaties te accumuleren met grotere effecten dan oudere genen, omdat ze verder weg zijn van hun fitnesspiek. Dit is precies de hypothese die Ana Filipa Moutinho en Julien Dutheil van het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Biologie, samen met Adam Eyre-Walker van de Universiteit van Sussex, wilden testen.

Het testen van deze hypothese bleek echter vrij moeilijk. De historische gegevens van mutaties die zich in een gen hebben opgehoopt, zijn meestal niet beschikbaar en hun effecten op fitness zijn grotendeels onbekend. Bovendien kunnen andere eigenschappen van genen, zoals hun lengte, het effect van genleeftijd vervormen. Daarom stelden de auteurs een nieuwe benadering voor om het adaptieve wandelmodel van genevolutie te testen.

Ten eerste gebruikten ze populatiegenetische modellen die variatie in het fitnesseffect van mutaties kunnen beoordelen. Om dit te doen, vergeleken ze de genomen van verschillende individuen in een populatie en maten ze de snelheid van adaptieve evolutie in verschillende gencategorieën. Evenzo profiteerden ze van het feit dat niet alle genen in een genoom even oud zijn.

Sommige genen zijn jong en worden gedeeld door slechts een paar nauw verwante soorten, terwijl andere ouder zijn en worden gedeeld door soorten die miljoenen jaren geleden uit elkaar zijn gegaan. Ten slotte gebruikten ze de verdeling van mutaties tussen genen van verschillende leeftijden om te begrijpen hoe adaptieve mutaties zich in de tijd verspreiden.

Met behulp van twee verschillende soorten, de fruitvlieg Drosophila melanogaster en de kleinbloemige plant Arabidopsis thaliana, toonde deze studie aan dat de leeftijd van een gen een significante invloed heeft op de snelheid van moleculaire aanpassing en dat mutaties in jonge genen meestal grotere effecten hebben. Deze resultaten leveren het eerste sterke empirische bewijs dat moleculaire evolutie een adaptief wandelmodel volgt over een diepe evolutionaire tijdschaal en voegt een nieuwe bewijslaag toe aan de fitnesslandschapstheorie die bijna 100 jaar geleden werd voorgesteld.

Het onderzoek is gepubliceerd in PLOS Biology . + Verder verkennen

Genfusie als belangrijk mechanisme om nieuwe genen te genereren in Oryza-genomen