p Para tornar o icônico, dupla hélice torcida que é responsável pela diversidade da vida, As regras de DNA especificam que G sempre emparelha com C, e A com T. p Mas, quando estiver tudo somado, a quantidade de conteúdo G + C vs A + T entre as espécies não é uma porcentagem fixa simples ou, proporção padrão de um para um.

p Por exemplo, dentro de organismos unicelulares, a quantidade de conteúdo de G + C pode variar de 72 por cento em uma bactéria como Streptomyces coelicolor, enquanto o protozoário parasita que causa a malária, Plasmondium falciparum, tem apenas 20 por cento.

p Em eucariotos unicelulares, levedura contém 38 por cento de conteúdo de G + C, plantas como o milho têm 47 por cento, e os humanos contêm cerca de 41 por cento.

p A grande questão é, porque?

p "Este tem sido um dos problemas de longa data na evolução do genoma, e tentativas anteriores de explicá-lo envolveram um aceno considerável do braço, "disse Michael Lynch, que lidera um novo Centro de Mecanismos de Evolução no Instituto de Biodesign da Universidade do Estado do Arizona.

p Existe algo na natureza química do próprio DNA que favorece um nucleotídeo em detrimento do outro, ou o viés da pressão de mutação varia, e se, por que isso seria diferente entre as espécies?

p "Na ausência de observações importantes sobre o processo de mutação, tem havido uma luta para entender o que é o mecanismo, "disse Lynch.

p O grupo de Michael Lynch agora demonstrou experimentalmente que a composição G + C é geralmente fortemente favorecida, ao passo que muitas vezes isso se opõe à pressão mutacional de várias intensidades na direção oposta.

p "Na média, a seleção natural ou algum outro fator (possivelmente associado a forças de recombinação) favorece o conteúdo de G + C, independentemente da classe de DNA, tamanho do genoma de uma espécie, ou onde a espécie é encontrada na árvore evolutiva da vida, "disse Lynch.

p O estudo foi publicado na revista Ecologia e evolução da natureza .

p Errar é universal

p A evolução motriz são as mutações do DNA, erros no genoma que são introduzidos e passados ​​para a próxima geração, de modo que com o tempo, fornecer o combustível para a invenção de novas adaptações ou características.

p Para chegar ao cerne da questão, os cientistas queriam uma maneira de quantificar todo o espectro de mutações de DNA no laboratório em uma ampla faixa de espécies.

p Isso agora pode ser feito em parte devido às novas tecnologias para tornar o sequenciamento de DNA mais rápido e barato. Isso alimentou uma era de ouro da biologia experimental evolutiva.

p "Começamos com o conhecimento do espectro mutacional que ocorre no nível do genoma em cerca de 40 espécies examinadas em meu laboratório, "disse Lynch." Você pode usar essas informações para calcular qual seria a composição do GC na ausência de seleção. E então podemos comparar essa expectativa nula com o conteúdo real do genoma, a diferença sendo devida à seleção. "

p Em um experimento tour de force que é a maior pesquisa até hoje, eles examinaram cada mutação de DNA em diferentes espécies, sequenciamento de bilhões de bases químicas do DNA.

p "Isso representou uma carga de trabalho muito substancial, esforço e custo que foi necessário para testar diferentes modelos evolutivos com alto poder estatístico, "disse Hongan Long, um pesquisador de pós-doutorado que conduziu os experimentos.

p Eles também aproveitaram uma análise de 25 conjuntos de dados atuais de mutações e 12 novos experimentos de acumulação de mutação (MA) (muitos de seu próprio laboratório), incluindo bactérias e uma coleção de organismos multicelulares, incluindo leveduras, vermes, moscas da fruta, chimpanzés e humanos.

p Durante cada experimento MA, eles realizaram o sequenciamento completo do genoma de cerca de 50 linhagens bacterianas diferentes que passaram por graves, gargalos de uma única célula para milhares de divisões de células.

p "Esta passagem de uma única célula de cada linha age como um filtro, eliminando a capacidade da seleção natural de modificar o acúmulo de todas as mutações, exceto as mais graves e deletérias, dando-nos uma visão efetivamente imparcial do processo de mutação, "disse Long.

p A cada geração, eles mediram cuidadosamente a taxa de mutação, ou cada ocorrência de quando apenas uma única letra do DNA é alterada.

p Isso pode acontecer de duas maneiras:um único par de bases de DNA G ou C sendo convertido na direção A + T; ou o oposto pode acontecer, com uma comutação de base A ou T na direção G + C.

p Depois de todo o número e processamento de dados, um padrão surpreendente emergiu entre o conteúdo de G + C e as expectativas baseadas em mutações de DNA.

p "Acontece que, eles estão correlacionados, "disse Lynch." A composição G + C é sempre maior do que você espera, com base na neutralidade. Isso nos diz que existe uma seleção abrangente. Portanto, a mutação impulsiona o padrão geral, mas a seleção de G's e C's sobre A's e T's aumenta o conteúdo do genoma acima da expectativa mutacional neutra.

p Isso parece ser quase universalmente verdade. "

p O fim do começo

p Agora que eles mostraram a correlação de composição G + C, abriu a porta para muitas outras perguntas, e respostas que permanecem indefinidas.

p "Uma questão é, 'Por que o espectro de mutação muda tão dramaticamente entre as espécies' ”? perguntou Lynch.“ As espécies não têm o mesmo espectro de mutação. Existem espécies cujos perfis de mutação são mais ricos em AT e outras mais ricos em GC. Ainda não conhecemos os mecanismos por trás dessa divergência no espectro mutacional. "

p Eles podem ser devido a diferenças simples na química e na biofísica.

p Uma força geral que pode ser relevante é a estabilidade do DNA, impulsionado pela química das letras do DNA. As forças que mantêm a escada de DNA intacta são chamadas de ligações de hidrogênio. Os pares G:C envolvem três ligações de hidrogênio, enquanto que, R:Os pares T envolvem apenas dois.

p "O pensamento predominante é que mais conteúdo G:C aumenta a estabilidade do genoma, "disse Lynch.

p Outra possibilidade é durante a reprodução, quando as fitas de DNA se entrelaçam de cada pai para formar um óvulo fertilizado, incompatibilidades podem ocorrer no emparelhamento de bases, levando a erros que as enzimas de revisão de DNA precisam consertar mais tarde. As vezes, um G pode ser alterado para um A, ou um T torna-se um C, conversão de genes durante o processo de reparo de incompatibilidade.

p "Isso geralmente é considerado tendencioso para Gs e Cs, "disse Lynch.

p Agora, com sua configuração experimental em vigor, A equipe de Lynch está pronta para explorar ainda mais os mecanismos de evolução e as forças fundamentais por trás deste grande mistério.