Genetics

Rp1 is a complex rust resistance locus of maize. The HRp1-D haplotype is composed of Rp1-D and eight paralogues, seven of which also code for predicted nucleotide binding site-leucine rich repeat (NBS-LRR) proteins similar to the Rp1-D gene. The paralogues are polymorphic (DNA identities 91-97%), especially in the C-terminal LRR domain. The remaining family member encodes a truncated protein that has no LRR domain. Seven of the nine family members, including the truncated gene, are transcribed. Sequence comparisons between paralogues provide evidence for past recombination events between paralogues and diversifying selection, particularly in the C-terminal half of the LRR domain. Variants selected for complete or partial loss of Rp1-D resistance can be explained by unequal crossing over that occurred mostly within coding regions. The Rp1-D gene is altered or lost in all variants, the recombination breakpoints occur throughout the genes, and most recombinant events (9/14 examined) involved the same untranscribed paralogue with the Rp1-D gene. One recombinant with a complete LRR from Rp1-D, but the aminoterminal portion from another homologue, conferred the Rp1-D specificity but with a reduced level of resistance.

Kinase diphosphat nucleosid (NDP kinase) là một trong những enzym duy trì dự trữ triphosphat. Các chủng Escherichia coli (ndk) thiếu enzym này đã được chứng minh là những người đột biến thay thế cơ sở vừa phải, và hai thành viên trong họ NDP kinase của người hoạt động như các chất ức chế khối u. Chúng tôi chỉ ra rằng trong các chủng E. coli thiếu NDP kinase, nồng độ cao các cặp sai được tạo ra, nhưng phần lớn trong số này được sửa chữa bởi hệ thống sửa chữa sai sót. Các đột biến kép là ndk mutS, thiếu cả NDP kinase lẫn sửa chữa sai sót, có mức độ thay thế cơ sở cao gấp 15 lần và mức độ của một số chuyển vị cao đến 10 lần so với các đột biến tương ứng trong các chủng mutS có NDP kinase đầy đủ. Một phân tích chuỗi về tính đặc hiệu của các đột biến thay thế cơ sở được tạo ra trong các bối cảnh ndk và ndk mutS cũng như các thí nghiệm khác cho thấy rằng sự thiếu hụt NDP kinase kích thích các lỗi polymerase dẫn đến các chuyển tiếp A:T → G:C và khả năng chỉnh sửa của các tế bào có thể bị ảnh hưởng, dẫn đến các cặp sai chưa được sửa chữa thêm và các chuyển vị A:T → T:A.

Tốc độ đột biến tự phát mỗi bộ gen được đo đạc trong phòng thí nghiệm có sự tương đồng đáng kể trong các nhóm sinh vật rộng lớn, nhưng lại có sự khác biệt rõ rệt giữa các nhóm. Tốc độ đột biến ở virus ARN, với bộ gen chứa khoảng 10⁴ base, rơi vào khoảng 1 đột biến cho mỗi bộ gen cho mỗi lần tái tạo đối với virus ly giải, và khoảng 0,1 đột biến cho mỗi bộ gen cho mỗi lần tái tạo đối với virus ngược và một retrotransposon. Tốc độ đột biến ở vi sinh vật với nhiễm sắc thể ADN gần như là 1/300 cho mỗi bộ gen cho mỗi lần tái tạo; trong nhóm này, do đó, tỷ lệ đột biến trên mỗi cặp base thay đổi ngược chiều và rất lớn khi kích thước bộ gen thay đổi từ 6 × 10³ đến 4 × 10⁷ base hoặc cặp base. Tốc độ đột biến ở các sinh vật nhân thực bậc cao khoảng từ 0,1 đến 100 cho mỗi bộ gen cho mỗi thế hệ sinh sản, nhưng hiện tại không phân biệt được với 1/300 cho mỗi lần phân chia tế bào cho mỗi bộ gen hiệu dụng (điều này loại trừ phần bộ gen mà phần lớn các đột biến là trung tính). Hiện giờ, chúng ta có thể chỉ ra một số lực tiến hóa hình thành các tốc độ đột biến đa dạng này.

Các nghiên cứu trước đây về sự đa hình của phosphoglucose isomerase (PGI) ở bướm Colias đã dẫn đến những dự đoán liên quan đến các khía cạnh của sự sống sót khác nhau và khả năng sinh sản giữa các genotype đa hình trong tự nhiên. Những giả định rõ ràng làm nền tảng cho những dự đoán này là các sự khác biệt chức năng giữa các genotype ở mức độ sinh hóa học in vitro phản ánh những khác biệt tương ứng một cách xấp xỉ trong tự nhiên, và rằng sự tương tác của những khác biệt này với sự phụ thuộc nhiệt độ của khả năng bay được hiểu đúng. Tất cả các dự đoán đã được kiểm chứng đều được xác nhận. Chúng tôi hiện báo cáo các thiết kế thí nghiệm để kiểm tra ba dự đoán trong số này. Chúng liên quan đến cả sự sống sót khác nhau và thành phần hoạt động bay của khả năng sinh sản khác nhau. Chúng tôi tìm thấy, như đã dự đoán: (1) một số heterozygote, hiệu quả nhất về động học ở nhiệt độ thấp, bắt đầu bay sớm hơn trong ngày so với các genotype khác (sáu lần lặp); (2) trong ba genotype phổ biến nhất, thứ tự hiệu quả động học, tức là, 3/4 > 3/3 >> 4/4, được phản ánh trong thứ tự bất đối xứng của lợi thế heterotic, 3/4> 3/3 >> 4/4, về thời gian bắt đầu bay, phạm vi thời gian bay và/hoặc mật độ bay tổng thể trong suốt cả ngày (sáu lần lặp); (3) dưới căng thẳng nhiệt độ cao, lợi thế sống sót thường thấy của các genotype được ưu thích về động học bị đảo ngược, và ba genotype ổn định nhiệt nhất thể hiện sự sống sót tốt hơn.——Những kết quả này càng củng cố thêm luận điểm về chọn lọc tự nhiên trực tiếp trên locus này. Các hệ quả đối với các thực tiễn lấy mẫu quần thể, cho các nghiên cứu về tổ chức thích ứng của chuyển hóa, và cho các nghiên cứu về sự tương tác của biến đổi di truyền với các mô hình biến đổi môi trường được thảo luận.

Đã cách ly 52 đột biến cần inositol của Saccharomyces cerevisiae thông qua quá trình đột biến với ethyl methanesulfonate. Phân tích bổ sung và phân tích tetrad tiết lộ mười lớp bổ sung chính, đại diện cho mười locus phân ly độc lập (được ký hiệu từ in01 đến inol0) có khả năng tái tổ hợp tự do với các tâm động tương ứng của chúng. Các thành viên của bất kỳ lớp bổ sung nào phân ly như các alen của một locus duy nhất. Mười ba phân lớp bổ sung đã được xác định trong số ba mươi sáu đột biến, có hành vi như các alen của locus inol. Bản đồ bổ sung cho các đột biến này có hình dạng vòng. — Nhìn thấy sự mất khả năng tồn tại của tế bào một cách nghiêm trọng, chỉ ra sự phát triển không cân bằng trong các môi trường lỏng của các đột biến đại diện dưới điều kiện thiếu inositol. Khảo sát thời gian, động lực học và phạm vi của sự chết tế bào cho thấy rằng sự mất khả năng tồn tại của tế bào trong khoảng từ 2-4 bậc log có thể được ngăn chặn bằng cách thêm inositol vào môi trường hoặc bằng cách phá vỡ tổng hợp protein bằng cycloheximide. Các đột biến khiếm khuyết ở chín trong mười locus được xác định trong nghiên cứu này thể hiện những đặc điểm không bình thường này. Kết quả cho thấy một vai trò sinh lý quan trọng của inositol có thể liên quan đến sự định vị và chức năng của nó trong các phospholipid màng tế bào. Khả năng thiếu inositol khởi đầu quá trình phát triển không cân bằng dẫn đến sự chết tế bào thông qua việc mất sự lắp ráp, chức năng hoặc toàn vẹn bình thường của các biomembranes được thảo luận. — Một phần trong công việc này đã được báo cáo ở dạng sơ bộ (CULBERTSON và HENRY, 1974).

Các đột biến ino2Δ, ino4Δ, opi1Δ và sin3Δ đều ảnh hưởng đến sự biểu hiện của INO1, một gen cấu trúc cho inositol-1-phosphate synthase. Những đột biến này cũng ảnh hưởng đến các gen khác của quá trình tổng hợp phospholipid mà như INO1, đều chứa yếu tố lặp lại UASINO (đồng thuận 5′ CATGTGAAAT 3′). Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá ảnh hưởng của bốn đột biến này, từng cái một và trong tất cả các tổ hợp có thể, đến sự phát triển và biểu hiện của INO1. Tất cả các dòng mang đột biến ino2Δ hoặc ino4Δ, hoặc cả hai, không thể phát triển trong môi trường thiếu inositol. Tuy nhiên, khi được nuôi trong môi trường lỏng chứa lượng inositol hạn chế, dòng opi1Δ ino4Δ thể hiện mức độ biểu hiện INO1 tương đương hoặc cao hơn dòng kiểu hoang dã phát triển dưới cùng điều kiện. Hơn nữa, sự biểu hiện INO1 trong dòng opi1Δ ino4Δ đã bị ức chế trong các tế bào được nuôi trong môi trường được bổ sung đầy đủ cả inositol và cholin. Kết quả tương tự cũng được thu được khi sử dụng dòng opi1Δ ino2Δ ino4Δ. Sự điều chỉnh của INO1 cũng được quan sát thấy trong sự vắng mặt của sản phẩm gen SIN3. Do đó, trong khi Opi1p, Sin3p và phức hợp Ino2p/Ino4p đều ảnh hưởng đến mức độ tổng thể của sự biểu hiện INO1 một cách phản đối, chúng dường như không chịu trách nhiệm trong việc truyền đạt tín hiệu dẫn đến sự ức chế INO1 trong phản ứng với inositol. Nhiều mô hình chức năng của Opi1p đã được kiểm tra và không có bằng chứng cho việc kết nối Opi1p với UASINO, hoặc với Ino2p hoặc Ino4p.

Chúng tôi đã chỉ ra trước đây rằng các đột biến trong các yếu tố điều chỉnh tính phân cực tế bào apico-basal hợp tác với Ras oncogenic (RasACT) để thúc đẩy quá trình ung thư ở Drosophila melanogaster và tế bào động vật có vú. Để xác định các gen mới hợp tác với RasACT trong quá trình ung thư hóa, chúng tôi đã thực hiện sàng lọc toàn bộ hệ gen để tìm các gen mà khi được biểu hiện quá mức trong mắt Drosophila đang phát triển sẽ tăng cường sự phì đại do RasACT thúc đẩy. Các gen hợp tác với RasACT được xác định là Rac1, Rho1, RhoGEF2, pbl, rib, và east, những gen này mã hóa cho các yếu tố điều chỉnh hình thái tế bào. Trong một bối cảnh đồng phân (clonal setting), điều này cho thấy các gen mang lại lợi thế cạnh tranh so với tế bào hoang dã, chỉ Rac1, một alen hoạt hóa của Rho1 (Rho1ACT), RhoGEF2, và pbl đã hợp tác với RasACT, dẫn đến giảm sự phân hóa và tạo thành các khối u xâm lấn lớn. Sự biểu hiện của RhoGEF2 hoặc Rac1 cùng với RasACT đã tăng cường hoạt động của Jun kinase (JNK), và việc tăng cường JNK là cần thiết cho sự hợp tác. Tuy nhiên, trong hệ thống toàn bộ mô, việc tăng cường JNK một mình không đủ để hợp tác với RasACT, trong khi trong bối cảnh đồng phân, việc tăng cường JNK là đủ cho quá trình ung thư hóa do RasACT điều khiển. Sự tăng cường JNK cũng đủ để tạo ra sự phát triển xâm lấn của các tế bào biểu mô vú MCF10A biểu hiện RasV12. Nhất quán với điều này, các khối u vú ở người HER2+ (nơi mà yếu tố tăng trưởng biểu bì người 2 được biểu hiện quá mức và tín hiệu Ras được tăng cường) cho thấy một mối tương quan đáng kể với chữ ký biểu thị hoạt hóa đường dẫn JNK. Hơn nữa, phân tích di truyền của chúng tôi ở Drosophila đã chỉ ra rằng Rho1 và Rac đóng vai trò quan trọng trong việc hợp tác của sự biểu hiện quá mức RhoGEF2 hoặc Pbl và các đột biến trong các yếu tố điều chỉnh tính phân cực, Dlg và aPKC, với RasACT trong bối cảnh toàn bộ mô. Tổng thể, phân tích của chúng tôi cho thấy tầm quan trọng của đường dẫn RhoGEF/Rho-family/JNK trong quá trình ung thư hóa hợp tác với RasACT.

Sự sinh tinh là một quá trình cơ bản trong sinh học sinh sản của nam giới và phụ thuộc vào sự cân bằng chính xác giữa tự làm mới và phân hóa của các tế bào sinh dục nam. Tuy nhiên, các yếu tố điều tiết để kiểm soát sự cân bằng này còn chưa được hiểu rõ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khảo sát vai trò của amh và dmrt1 trong sự phát triển của tế bào sinh dục nam bằng cách tạo ra các đột biến của chúng thông qua công nghệ Crispr/Cas9 ở cá ngựa. Cá ngựa đột biến amh thể hiện tỷ lệ giới tính thiên lệch về nữ, và cả cá đực và cá cái đột biến amh đều phát triển các tuyến sinh dục quá phát do sự sinh sản không kiểm soát và sự phân hóa bị suy giảm của các tế bào sinh dục. Một số lượng lớn các tế bào giống tinh nguyên bào đang sinh sản được quan sát thấy trong các thùy tinh hoàn của cá đột biến amh, và chúng được chứng minh là tích cực với cả Vasa và PH3. Hơn nữa, số lượng trung bình của các tế bào tích cực với Sycp3 và Vasa trong các cá thể đột biến amh thấp hơn đáng kể so với các tinh hoàn hoang dã, cho thấy sự phân hóa của các tế bào sinh dục nam bị suy giảm nghiêm trọng. Ngược lại, tất cả các tinh hoàn bị đột biến dmrt1 đều cho thấy các khuyết tật phát triển tinh hoàn nghiêm trọng và mất dần tất cả các tế bào sinh dục Vasa tích cực do ức chế sự tự làm mới của chúng và gây ra quá trình tự chết tế bào. Thêm vào đó, một số gen đánh dấu tế bào sinh dục và tế bào Sertoli đã bị giảm biểu hiện đáng kể, trong khi một sự gia tăng rõ rệt của các tế bào Leydig tích cực với Insl3 được tiết lộ thông qua phân tích miễn dịch mô học trong các tinh hoàn bị đột biến dmrt1 bị rối loạn. Dữ liệu của chúng tôi gợi ý rằng amh có thể hoạt động như một người bảo vệ để kiểm soát sự cân bằng giữa sự sinh sản và phân hóa của các tế bào sinh dục nam, trong khi dmrt1 có thể cần thiết cho sự duy trì, tự làm mới và phân hóa của các tế bào sinh dục nam. Đáng chú ý, nghiên cứu này đã làm sáng tỏ các chức năng mới của gen amh trong cá.

Các trình tự nucleotide của bộ gen ti thể từ bệnh nhân mắc bệnh thoái hóa thần kinh thị giác di truyền Leber (LHON) đã được sử dụng cho phân tích phả hệ nhằm nghiên cứu nguồn gốc và lịch sử quần thể của những biến thể ti thể gây bệnh. Các trình tự ở cả vùng mã hóa (8300 bp) và vùng điều khiển không mã hóa phát triển nhanh hơn (1300 bp) đã được phân tích. Những bệnh nhân có những đột biến LHON chính tại nucleotide 3460, 11.778 và 14.484 đã được đưa vào nghiên cứu này, cùng với bệnh nhân LHON và các đối chứng không LHON không có những đột biến chính này; một số đối tượng cũng mang các đột biến LHON thứ phát. Các phân tích phả hệ cho thấy các đột biến LHON chính đã xuất hiện và được duy trì nhiều lần trong quần thể, ngay cả đối với tập hợp nhỏ những bệnh nhân LHON đã được phân tích trong các nghiên cứu ban đầu này. Ngược lại, các đột biến LHON thứ phát tại nucleotide 4216, 4917 và 13.708 đã xuất hiện chỉ một lần: các bộ gen ti thể mang những đột biến thứ phát này đã hình thành một cụm phả hệ được hỗ trợ tốt, mà rõ ràng đã xuất hiện khoảng 60.000 đến 100.000 năm trước. Các nghiên cứu trước đây đã tìm thấy các đột biến LHON thứ phát với tần suất cao hơn trong số các bệnh nhân LHON so với các đối chứng. Tuy nhiên, phát hiện này không chứng minh vai trò gây bệnh của những đột biến này trong LHON. Thay vào đó, tần suất gia tăng này có khả năng phản ánh lịch sử di truyền quần thể của các đột biến thứ phát so với các đột biến LHON chính.

Bốn đột biến sai ngữ mới đã được xác định thông qua phân tích hạn chế và giải trình tự DNA ty thể (mtDNA) từ các bệnh nhân mắc bệnh thần kinh thị giác di truyền Leber (LHON) mà không có đột biến 11778 đã được xác định trước đó. Mỗi đột biến đã làm thay đổi một acid amin bảo tồn và tương quan với kiểu hình LHON trong các phân tích quần thể và phát sinh loài. Đột biến cặp nucleotide (np) 13708 (G thành A, gen ND5) đã thay đổi một alanine thành một threonine và được tìm thấy trong 6/25 (24%) phả hệ LHON không có 11778 và trong 5,0% nhóm chứng; đột biến np 15257 (G thành A, gen cytochrome b) đã thay đổi một aspartate thành một asparagine và được phát hiện trong 4 phả hệ có đột biến 13708 và 0,3% nhóm chứng; đột biến np 15812 (G thành A, gen cytochrome b) đã thay đổi một valine thành một methionine và được phát hiện trong hai phả hệ có đột biến 15257 và 0,1% nhóm chứng; trong khi đó, đột biến np 5244 (G thành A, gen ND2) đã thay đổi một glycine thành một serine và được thấy ở một trong những bệnh nhân có đột biến 15812 và không có trong 2103 nhóm chứng. Đột biến 15257 đã làm thay đổi một acid amin cực kỳ bảo tồn trong một miền ngoại màng của cytochrome b, liên quan đến việc liên kết heme b566 có tiềm năng thấp, và đột biến 5244 đã thay đổi một vùng rất bảo tồn về mặt tiến hóa của polypeptide ND2. Các đột biến 13708 và 15812 đã thay đổi các acid amin bảo tồn vừa phải. Phân tích haplotype và phát sinh loài của bốn mtDNA np 15257 đã cho thấy tất cả đều mang cùng một haplotype hiếm gặp ở người da trắng và rằng các đột biến np 13708, np 15257, np 15812 và np 5244 đã được thêm vào một cách tuần tự dọc theo dòng mtDNA này. Vì tỷ lệ kiểm soát nhìn thấy giảm khi các đột biến này tích lũy, có vẻ như chúng tương tác với nhau theo cách hỗ trợ lẫn nhau, mỗi đột biến làm tăng khả năng mất thị lực. Việc liên quan của cả hai đột biến phức hợp I ty thể (np 5244, 11778, 13708) và phức hợp III (np 15257, 15812) trong LHON cho thấy rằng biểu hiện lâm sàng của căn bệnh này là sản phẩm của sự giảm tổng thể trong sản xuất năng lượng của ty thể, thay vì chỉ là một khiếm khuyết trong một enzym ty thể cụ thể.