Variazione del tasso di mutazione negli eucarioti: implicazioni evolutive dei meccanismi specifici del sito | la natura rivede la genetica

Variazione del tasso di mutazione negli eucarioti: implicazioni evolutive dei meccanismi specifici del sito | la natura rivede la genetica

Anonim

La recensione di Baer et al . “Variazione del tasso di mutazione negli eucarioti multicellulari: cause e conseguenze” 1 trasmette accuratamente il tenore della maggior parte della letteratura sull'evoluzione del tasso di mutazione. Pur riconoscendo che i tassi di mutazione possono variare drasticamente da un sito all'altro all'interno di un genoma, questa letteratura ignora o minimizza principalmente le caratteristiche e le conseguenze speciali dei meccanismi mutazionali specifici del sito. Pertanto, all'elenco degli autori di "cinque domande critiche" per future indagini, vorremmo proporre un sesto: in che misura i tassi elevati di mutazione specifici del sito possono variare (ed evolversi) indipendentemente dai tassi medi medi di sostituzione dei nucleotidi?

A seguito del precedente storico, Baer et al . 1 si riferisce costantemente al "tasso di mutazione" come se un singolo valore potesse sintetizzare adeguatamente l'esito complesso di molti diversi meccanismi mutazionali. Tuttavia, tale statistica semplicistica non dovrebbe più essere tollerata, almeno non senza una qualifica precisa come "tasso medio di sostituzioni di nucleotidi all'interno di sequenze codificanti proteine". Anche in questo caso, la mutabilità somatica dei geni anticorpali dimostra che l'ipermutazione localizzata può essere sfruttata dall'evoluzione adattativa 2 . Anche le fonti di mutazione germinale specifiche del sito sono familiari, come evidenziato dalla prolifica variazione prodotta da ripetizioni di sequenze semplici (SSR; microsatelliti e minisatelliti) 3 .

Sebbene Baer et al . 1 Riconosco i tassi di mutazione straordinariamente alti degli SSR, non discutono le profonde implicazioni di tale mutabilità specifica del sito per comprendere l'evoluzione del tasso di mutazione. Gli effetti fenotipici delle mutazioni di SSR comprendono la commutazione reversibile on-off e la variazione quantitativa in molti aspetti della funzione genica 3, 4, 5, 6, 7, 8 . Tali effetti non devono essere prevalentemente deleteri, specialmente quando l'adattamento non è ottimale, come negli ambienti variabili 9 . Ma un presupposto che "la stragrande maggioranza delle mutazioni con effetti osservabili sono deleteri" ha informato la maggior parte delle discussioni sull'evoluzione del tasso di mutazione nel secolo scorso 1 . Tradizionalmente, la discussione teorica presuppone anche che la ricombinazione negli organismi diploidi alla fine debba separare gli "alleli mutatori" dalle mutazioni risultanti, impedendo così ai mutatori di "fare l'autostop" sulla selezione per i mutanti benefici 1 . Tuttavia, la ricombinazione non può scollegare i meccanismi mutazionali specifici del sito, come quelli basati su SSR, dalle mutazioni che generano. Quindi, la selezione per qualsiasi mutazione benefica in un sito mutabile deve anche, indirettamente, favorire la mutabilità intrinseca del sito.

La migliore evidenza per la selezione positiva di siti con alti tassi di mutazione proviene dai geni di contingenza basati su SSR di microrganismi aploidi 10 . Negli eucarioti, anche le abbondanze riportate, le distribuzioni genomiche, la conservazione filogenetica e i modelli di variazione per gli SSR suggeriscono fortemente la selezione positiva 4, 6, 7 . L'utilità della mutabilità dell'SSR per l'evoluzione adattativa è già stata implicata in diversi casi, tra cui l'evoluzione scheletrica dei cani domestici 5, la compensazione della temperatura dell'orologio circadiano 11, 12, 13 della Drosophila melanogaster e il comportamento sociale delle arvicole 14, tra gli altri 7 . Resta da stabilire se tali siti mutabili prevalgono in qualche modo nonostante la loro elevata mutabilità (come richiede la teoria convenzionale) o se la scelta indiretta per la loro elevata mutabilità sia la ragione della loro prevalenza 8, 9 . In entrambi i casi, le caratteristiche speciali dei meccanismi mutazionali specifici del sito meritano attenzione in qualsiasi considerazione futura dell'evoluzione del tasso di mutazione.