07/10/2010
por David Tyler 02:55:43 pm
Drosophila melanogaster é um organismo modelo para o estudo de genética e algumas populações foram produzidas com características diferentes no curso de vida ao longo de 30 anos. Professor Michael Rose, da Universidade da Califórnia-Irvine, começou a reprodução dessas moscas através do desenvolvimento acelerado em 1991 (600 gerações atrás). Molly Burke, uma doutoranda, comparou as moscas da experiência com um grupo de controle baseada na totalidade do genoma. Isto é significante porque pela primeira vez uma pesquisa de uma espécie que se reproduz sexualmente foi realizada. [SIC ULTRA PLUS] Burke examinou genes específicos e obteve também “os dados completos resequenciados das populações de Drosophila que sofreram 600 gerações de seleção laboratorial para desenvolvimento acelerado.” Os resultados são dignos de nota por diversas razões:
“Por décadas [NOTA BENE: POR DÉCADAS], a maioria dos pesquisadores assumiu que as species sexuais evoluíam da mesma maneira como evolui a bactéria: uma mutação genética se espalha por uma população e rapidamente é “fixada” numa porção particular do DNA. Mas a pesquisa da UCI mostra que quando o sexo é envolvido, isso é muito mais complicado. “Esta pesquisa derruba realmente o paradigma dominante sobre como as espécies evoluem,” disse o professor de ecologia e biologia evolucionária Anthony Long, o principal investigador.” [NOTA BENE: DERRUBA O ATUAL PARADIGMA EVOLUCIONÁRIO]
[“For decades, most researchers have assumed that sexual species evolve the same way single-cell bacteria do: A genetic mutation sweeps through a population and quickly becomes "fixated" on a particular portion of DNA. But the UCI work shows that when sex is involved, it's far more complicated. "This research really upends the dominant paradigm about how species evolve," said ecology and evolutionary biology professor Anthony Long, the primary investigator.”]
Conhecer a sequência do genoma da Drosophila abriu novos caminhos de pesquisa (Fonte aqui)
Os pesquisadores estavam procurando pela fixação das mutações positivas dentro do genoma e dentro de toda a população. Isto é mencionado pelo uso do termo “selection sweep” [dispersão de seleção]. Quando isso ocorre, a nova mutação em um par básico (um novo polimorfismo do nucleotídeo ou SNP) não somente experimenta replicação a ser transmitida aos descendentes do organismo, mas o pool gênico de variação é efetivamente deixado limpo assim que as novas mutações se tornam dominante em toda a população. Todavia, esta dispersão foi notável pela sua ausência.
“Pesquisa recente em genética evolucionária tem focalizado nas clássicas dispersões seletivas, que são os processos evolucionários envolvendo a fixação de novas mutações benéficas emergentes. Em uma região recombinante, espera-se que a dispersão de seleção reduza a heterozigosidade nos SNPs flanqueando o local selecionado. [. . .] Digno de nota, nós não observamos um local no genoma onde a heterozigosidade foi reduzida a nada perto de zero, e esta falta de evidência [NOTA BENE: FALTA DE EVIDÊNCIA] para uma dispersão clássica é uma característica dos dados não importa o tamanho de janela [NOTA BENE: NÃO IMPORTA O TAMANHO].”
[“Recent research on evolutionary genetics has focused on classic selective sweeps, which are evolutionary processes involving the fixation of newly arising beneficial mutations. In a recombining region, a selected sweep is expected to reduce heterozygosity at SNPs flanking the selected site. [. . .] Notably, we observe no location in the genome where heterozygosity is reduced to anywhere near zero, and this lack of evidence for a classic sweep is a feature of the data regardless of window size.”]
“Pesquisa recente em genética evolucionária tem focalizado nas clássicas dispersões seletivas, que são os processos evolucionários envolvendo a fixação de novas mutações benéficas emergentes. Em uma região recombinante, espera-se que a dispersão de seleção reduza a heterozigosidade nos SNPs flanqueando o local selecionado. [. . .] Digno de nota, nós não observamos um local no genoma onde a heterozigosidade foi reduzida a nada perto de zero, e esta falta de evidência [NOTA BENE: FALTA DE EVIDÊNCIA] para uma dispersão clássica é uma característica dos dados não importa o tamanho de janela [NOTA BENE: NÃO IMPORTA O TAMANHO].”
[“Recent research on evolutionary genetics has focused on classic selective sweeps, which are evolutionary processes involving the fixation of newly arising beneficial mutations. In a recombining region, a selected sweep is expected to reduce heterozygosity at SNPs flanking the selected site. [. . .] Notably, we observe no location in the genome where heterozygosity is reduced to anywhere near zero, and this lack of evidence for a classic sweep is a feature of the data regardless of window size.”]
Este artigo considera o alcance das possíveis explicações para a evidência obtida.
Segundo: “a seleção nessas linhagens podem geralmente agir na variação permanente, e não nas novas mutações.” [selection in these lines may generally act on standing variation, and not new mutations.”]
Terceiro, “os coeficientes de seleção associados com as novas mutações emergentes não são estáticos, mas na verdade diminuem ao longo do tempo.” [“selection coefficients associated with newly arising mutations are not static but in fact decrease over time.”]
Nenhuma conclusão foi feita concernente a estas várias opções.
“Apesar de décadas de mutação sustentada em populações laboratoriais relativamente pequenas, sexualmente reprodutoras, a seleção não levou à fixação de alelos vantajosos surgindo incondicionalmente. Isso é notable, porque em populaces selvagens nós esperamos a força da seleção natural ser menos intense e o meio-ambiente improvável de permanecer constante por ~600 gerações. Consequentemente, a probabilidade de fixação em populações selvagens deve ser até menor do que sua semelhança nesses experimentos. Isso sugere que a seleção não elimina imediatamente a variação genética em populações sexuais [NOTA BENE: A SELEÇÃO NATURAL NÃO ELIMINA IMEDIATAMENTE], uma descoberta que, por sua vez, deve motivar esforços para se descobrir por que isso, aparentemente, é o caso.”
[“Despite decades of sustained selection in relatively small, sexually reproducing laboratory populations, selection did not lead to the fixation of newly arising unconditionally advantageous alleles. This is notable because in wild populations we expect the strength of natural selection to be less intense and the environment unlikely to remain constant for ~600 generations. Consequently, the probability of fixation in wild populations should be even lower than its likelihood in these experiments. This suggests that selection does not readily expunge genetic variation in sexual populations, a finding which in turn should motivate efforts to discover why this is seemingly the case.”]
Em primeiro lugar: “Dispersões clássicas podem estar ocorrendo, mas tiveram tempo insuficiente para atingir a fixação.” [“Classic sweeps may be occurring, but have had insufficient time to reach fixation.”]
Segundo: “a seleção nessas linhagens podem geralmente agir na variação permanente, e não nas novas mutações.” [selection in these lines may generally act on standing variation, and not new mutations.”]
Terceiro, “os coeficientes de seleção associados com as novas mutações emergentes não são estáticos, mas na verdade diminuem ao longo do tempo.” [“selection coefficients associated with newly arising mutations are not static but in fact decrease over time.”]
Nenhuma conclusão foi feita concernente a estas várias opções.
“Apesar de décadas de mutação sustentada em populações laboratoriais relativamente pequenas, sexualmente reprodutoras, a seleção não levou à fixação de alelos vantajosos surgindo incondicionalmente. Isso é notable, porque em populaces selvagens nós esperamos a força da seleção natural ser menos intense e o meio-ambiente improvável de permanecer constante por ~600 gerações. Consequentemente, a probabilidade de fixação em populações selvagens deve ser até menor do que sua semelhança nesses experimentos. Isso sugere que a seleção não elimina imediatamente a variação genética em populações sexuais [NOTA BENE: A SELEÇÃO NATURAL NÃO ELIMINA IMEDIATAMENTE], uma descoberta que, por sua vez, deve motivar esforços para se descobrir por que isso, aparentemente, é o caso.”
[“Despite decades of sustained selection in relatively small, sexually reproducing laboratory populations, selection did not lead to the fixation of newly arising unconditionally advantageous alleles. This is notable because in wild populations we expect the strength of natural selection to be less intense and the environment unlikely to remain constant for ~600 generations. Consequently, the probability of fixation in wild populations should be even lower than its likelihood in these experiments. This suggests that selection does not readily expunge genetic variation in sexual populations, a finding which in turn should motivate efforts to discover why this is seemingly the case.”]
Este trabalho empírico é digno de destaque por duas razões. Primeira, nós estamos considerando um mecanismo que é central à evolução darwinista. [NOTA BENE: O que está sendo considerado nesta pesquisa é UM MECANISMO CENTRAL À EVOLUÇÃO DARWINISTA -- a SELEÇÃO NATURAL]
A seleção natural positiva de variação hereditária é a chave (nós somos informados) para a compreensão de como que a descendência com modificação ocorre. Contudo, a primeira série de dados empíricos relacionada com uma espécie que se reproduz sexualmente não confirma que a modificação funcione deste jeito. Por isso que o comentário de Long vale a pena repetir: “Esta pesquisa derruba realmente o paradigma dominante sobre como as espécies evoluem”[“This research really upends the dominant paradigm about how species evolve”]. Muitos cientistas suspeitam há muito tempo que os mecanismos darwinianos são inadequados para explicar a transformação de grande escala – e as descobertas desta pesquisa fornecem o apoio empíricos para tais dúvidas.
A outra razão para tomar interesse nesta pesquisa é que o paradigma darwiniano tem sido amplamente usado no desenvolvimento de drogas para uso médico. Considerando que a visão clássica é que os genes têm funções específicas, a nova pesquisa apoia a crescente grupo de evidências de que a norma é para os genes terem efeitos pleiotrópicos. Um novo SNP pode então ser esperado ter nenhum, mas muitos efeitos. Isto tem sido desprezado pelos pesquisadores de persuasão darwiniana.
“Baseado naquele paradigma defeituoso, Rose destacou, drogas têm sido desenvolvidas para tratar diabetes, doença do coração e outras doenças, algumas com efeitos colaterais sérios. Ele disse que esses efeitos colaterais provavelmente ocorrem porque os pesquisadores estavam focalizando um gene, em vez das centenas de possíveis grupos de gene como estes que Burke encontrou nas moscas. A maioria das pessoas não considera as moscas nossos parentes próximos, mas a equipe da UCI disse que pesquisa anterior tinha estabelecido que os humanos e outros mamíferos compartilham 70% dos mesmo genes como o pequeno inseto comedor de bananas conhecido como Drosophila melanogaster.” [NOTA DESTE BLOGGER: Considerem este parágrafo cum grano salis, especialmente tendo em mente as loas tecidas sobre a grande importância da teoria da evolução através da seleção natural e/ou n mecanismos evoluticos para a medicina].
[“Based on that flawed paradigm, Rose noted, drugs have been developed to treat diabetes, heart disease and other maladies, some with serious side effects. He said those side effects probably occur because researchers were targeting single genes, rather than the hundreds of possible gene groups like those Burke found in the flies. Most people don't think of flies as close relatives, but the UCI team said previous research had established that humans and other mammals share 70 percent of the same genes as the tiny, banana-eating insect known as Drosophila melanogaster.”]
Genome-wide analysis of a long-term evolution experiment with Drososphila
A outra razão para tomar interesse nesta pesquisa é que o paradigma darwiniano tem sido amplamente usado no desenvolvimento de drogas para uso médico. Considerando que a visão clássica é que os genes têm funções específicas, a nova pesquisa apoia a crescente grupo de evidências de que a norma é para os genes terem efeitos pleiotrópicos. Um novo SNP pode então ser esperado ter nenhum, mas muitos efeitos. Isto tem sido desprezado pelos pesquisadores de persuasão darwiniana.
“Baseado naquele paradigma defeituoso, Rose destacou, drogas têm sido desenvolvidas para tratar diabetes, doença do coração e outras doenças, algumas com efeitos colaterais sérios. Ele disse que esses efeitos colaterais provavelmente ocorrem porque os pesquisadores estavam focalizando um gene, em vez das centenas de possíveis grupos de gene como estes que Burke encontrou nas moscas. A maioria das pessoas não considera as moscas nossos parentes próximos, mas a equipe da UCI disse que pesquisa anterior tinha estabelecido que os humanos e outros mamíferos compartilham 70% dos mesmo genes como o pequeno inseto comedor de bananas conhecido como Drosophila melanogaster.” [NOTA DESTE BLOGGER: Considerem este parágrafo cum grano salis, especialmente tendo em mente as loas tecidas sobre a grande importância da teoria da evolução através da seleção natural e/ou n mecanismos evoluticos para a medicina].
[“Based on that flawed paradigm, Rose noted, drugs have been developed to treat diabetes, heart disease and other maladies, some with serious side effects. He said those side effects probably occur because researchers were targeting single genes, rather than the hundreds of possible gene groups like those Burke found in the flies. Most people don't think of flies as close relatives, but the UCI team said previous research had established that humans and other mammals share 70 percent of the same genes as the tiny, banana-eating insect known as Drosophila melanogaster.”]
Genome-wide analysis of a long-term evolution experiment with Drososphila
Molly K. Burke, Joseph P. Dunham, Parvin Shahrestani, Kevin R. Thornton, Michael R. Rose and Anthony D. Long.
Nature, 467, 587-590, (30 September 2010) | doi: 10.1038/nature09352
Experimental evolution systems allow the genomic study of adaptation, and so far this has been done primarily in asexual systems with small genomes, such as bacteria and yeast. Here we present whole-genome resequencing data from Drosophila melanogaster populations that have experienced over 600 generations of laboratory selection for accelerated development. Flies in these selected populations develop from egg to adult ~20% faster than flies of ancestral control populations, and have evolved a number of other correlated phenotypes. On the basis of 688,520 intermediate-frequency, high-quality single nucleotide polymorphisms, we identify several dozen genomic regions that show strong allele frequency differentiation between a pooled sample of five replicate populations selected for accelerated development and pooled controls. On the basis of resequencing data from a single replicate population with accelerated development, as well as single nucleotide polymorphism data from individual flies from each replicate population, we infer little allele frequency differentiation between replicate populations within a selection treatment. Signatures of selection are qualitatively different than what has been observed in asexual species; in our sexual populations, adaptation is not associated with 'classic' sweeps whereby newly arising, unconditionally advantageous mutations become fixed. More parsimonious explanations include 'incomplete' sweep models, in which mutations have not had enough time to fix, and 'soft' sweep models, in which selection acts on pre-existing, common genetic variants. We conclude that, at least for life history characters such as development time, unconditionally advantageous alleles rarely arise, are associated with small net fitness gains or cannot fix because selection coefficients change over time.
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Nature, 467, 587-590, (30 September 2010) | doi: 10.1038/nature09352
Experimental evolution systems allow the genomic study of adaptation, and so far this has been done primarily in asexual systems with small genomes, such as bacteria and yeast. Here we present whole-genome resequencing data from Drosophila melanogaster populations that have experienced over 600 generations of laboratory selection for accelerated development. Flies in these selected populations develop from egg to adult ~20% faster than flies of ancestral control populations, and have evolved a number of other correlated phenotypes. On the basis of 688,520 intermediate-frequency, high-quality single nucleotide polymorphisms, we identify several dozen genomic regions that show strong allele frequency differentiation between a pooled sample of five replicate populations selected for accelerated development and pooled controls. On the basis of resequencing data from a single replicate population with accelerated development, as well as single nucleotide polymorphism data from individual flies from each replicate population, we infer little allele frequency differentiation between replicate populations within a selection treatment. Signatures of selection are qualitatively different than what has been observed in asexual species; in our sexual populations, adaptation is not associated with 'classic' sweeps whereby newly arising, unconditionally advantageous mutations become fixed. More parsimonious explanations include 'incomplete' sweep models, in which mutations have not had enough time to fix, and 'soft' sweep models, in which selection acts on pre-existing, common genetic variants. We conclude that, at least for life history characters such as development time, unconditionally advantageous alleles rarely arise, are associated with small net fitness gains or cannot fix because selection coefficients change over time.
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