The input of genetic interactions on selected fitness components in Saccharomyces cerevisiae

Wśród organizmów żywych powszechnie występuje rekombinacja i rozmnażanie płciowe. Nie ma do tej pory powszechnie przyjętego wytłumaczenia jak powstały i dlaczego utrzymują się te zjawiska. Najczęściej uważa się, że powstawanie nowych kombinacji genów stwarza okazję do bardziej efektywnego działania doboru naturalnego. Jedna z wiodących hipotez skupia się na roli doboru w usuwaniu mutacji szkodliwych. Postuluje ona, że rekombinacja prowadzi do powstawania osobników z większą niż przeciętna liczba takich mutacji a to stwarza to okazję do ich efektywnego usunięcia o ile istnieje między nimi epistaza negatywna, czyli dodatkowy efekt pomniejszenia dostosowania na skutek interakcji między tymi mutacjami. Wyniki przeprowadzonych do tej pory eksperymentów okazały się być niejednoznaczne. Pokazały istnienie zarówno negatywnej, jak i pozytywnej epistazy między genami, a nawet braku przewagi którejś z nich w zależności od skali eksperymentu, badanej komponenty dostosowania czy przyjętego modelu eksperymentalnego. Powstanie genomowych kolekcji mutacji stworzyło okazję do przeprowadzenia bardziej systematycznych badań. Wykazano w nich, że delecje genów drożdży wykazują lekko pozytywną epistazę jeśli za miarę dostosowania przyjmie się tempo wzrostu. Celem opisanych poniżej doświadczeń było sprawdzenie, jaki jest kierunek i natężenie epistazy dla dwóch innych ważnych komponentów dostosowania: efektywności przetwarzania zasobów (glukozy) w biomasę i przeżywalności w warunkach głodzenia. Próbę szczepów przygotowano w ten sposób, że na każdą parę szczepów z pojedynczymi delecjami przypada odpowiadający im podwójny mutant i szczep bez mutacji. Najpierw wykazano, że szczepy z delecjami pojedynczych genów różniły się zużyciem glukozy między sobą, a także między środowiskami. Najwyższe zużycie glukozy zaobserwowano w środowisku z wysokim zasoleniem z uwagi na powstający w nim stres osmotyczny oraz w podłożu minimalnym, gdzie występuje intensywny anabolizm. Następnie zbadano epistazę dla tempa wzrostu i przepływu metabolicznego dla próby obejmującej szczepy pochodzące z 96 krzyżówek. Epistaza dla tempa wzrostu okazała się być delikatnie dodatnia, tak jak w poprzednich badaniach. Natomiast epistaza dla przepływu metabolicznego nie była statystycznie różna od zera. Jako drugą komponentę dostosowania zbadano przeżywalności w sytuacji głodu, do czego wykorzystano całą dostępną kolekcję. Najdłużej żyły szczepy nieposiadające żadnych mutacji natomiast, najkrócej te, które posiadały dwie mutacje. To dowodzi, że użyty system eksperymentalny był właściwy. Epistaza dla przeżywania sytuacji głodu, podobnie jak epistaza dla przepływu metabolicznego, okazała się nie być statystycznie istotnie różna od zera. Natomiast po zbadaniu związku między epistazą dla przeżywania a epistazą dla tempa wzrostu okazało się, że istnieje między nimi lekka negatywna korelacja, co może wskazywać na aktywowanie innych profili ekspresji genów przez te dwa odmienne stany komórkowe. Wcześniejsze eksperymenty nie badały epistazy dla przeżywalności u drożdży. Badań epistazy dla efektywności metaboliczne nie przeprowadzono dla żadnych innych organizmów. Przedstawione w niniejszej pracy eksperymenty stanowią zatem istotne uzupełnienie dotychczasowej wiedzy. Pokazują, że kilka kluczowych komponent dostosowania epistaza jest neutralna lub lekko dodatnia. Jest to silną przesłanką do twierdzenia, że taki typ epistazy jest dominujący, przynajmniej u jednokomórkowego organizmu eukariotycznego, Saccharomyces cerevisiae. Wraz z opublikowanymi wcześniej wynikami dotyczącymi tempa wzrostu, niniejsza praca stanowi prawdopodobnie najpełniejszy test empiryczny tak zwanej hipotezy deterministycznej mutacyjnej i nie potwierdza jej podstawowego założenia o powszechnym występowaniu epistazy negatywnej pomiędzy mutacjami szkodliwymi.