來源：第三軍醫(yī)大學(xué)在職研究生：假設(shè)你正在試圖設(shè)計(jì)一種疫苗來對抗下一季的流感病毒。獲得一張能夠告訴你各種流感病毒株將如何進(jìn)化的明細(xì)圖將會非常有幫助。

　　構(gòu)建這類的圖譜是研究適應(yīng)度景觀(fitness landscape)的進(jìn)化生物學(xué)家們的一個目標(biāo)，這一概念性工具為可視化及預(yù)測進(jìn)化提供了一種方法。

　　適應(yīng)度景觀這一概念出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，在當(dāng)時是由種群遺傳學(xué)家Sewall Wright提出。然而繪制出一張?jiān)敿?xì)的適應(yīng)度景觀圖卻是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，到目前為止構(gòu)建的一些景觀圖都相當(dāng)?shù)拇植凇?/p>

　　現(xiàn)在，密歇根大學(xué)的一個研究小組報告稱，他們繪制出了第一張全面的基因體內(nèi)適應(yīng)度景觀圖——比以往繪制的圖譜要大近100倍。研究小組的領(lǐng)導(dǎo)者、密歇根大學(xué)生態(tài)學(xué)與進(jìn)化生物學(xué)系教授張建之(Jianzhi "George" Zhang)說，這些研究結(jié)果預(yù)計(jì)將引起進(jìn)化生物學(xué)家、遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家的興趣。

　　該研究小組的成果是建立在對面包酵母中一個單基因進(jìn)行操控的研究工作基礎(chǔ)之上，他們的研究論文在線發(fā)布在《科學(xué)》(Science)雜志上。

　　將適應(yīng)度景觀圖看作為一張3D圖，能夠讓研究人員想象出生物體遺傳構(gòu)成與其繁殖后代能力(生物學(xué)家們稱為適應(yīng)度)之間的關(guān)系。繁殖率是進(jìn)化成功的最終衡量標(biāo)準(zhǔn)——是唯一重要的度量標(biāo)準(zhǔn)。

　　達(dá)爾文適應(yīng)度是由生物體基因和環(huán)境之間的相互作用所決定。在任何特定的環(huán)境中，一個生物的遺傳構(gòu)成(基因型)，在與同一物種其他個體的競爭中或是會幫助或是傷害它。

　　適應(yīng)度景觀圖是一種可視化基因型與繁殖成功率之間關(guān)系的方法。然而出于幾個原因，推動適應(yīng)度景觀研究從理論探尋轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)科學(xué)是一個挑戰(zhàn)。首先，基因型空間巨大，任何一種生物體都包含大量的遺傳可能性。

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　　例如，人類基因組是由四種堿基遺傳字母A, T, G和 C構(gòu)成的、包含大約30億個堿基的一段序列。在遺傳序列的每個位置都有四種堿基可供選擇，這意味著在一個完整的人類基因型中有著數(shù)十億種可能。

　　為了讓這一問題更容易解決，張建之和同事們將焦點(diǎn)放在了來自面包酵母的一個小基因上，面包酵母是一種具有大約6000個基因的單細(xì)胞生物。科學(xué)家們常利用酵母來獲得有關(guān)遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的新見解。

　　研究人員選擇了一個保存著生成轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)遺傳指令的基因，tRNA是細(xì)胞利用來將氨基酸組裝成蛋白質(zhì)的細(xì)胞機(jī)器的組成部分。他們選擇的這一基因包含75個核苷酸堿基。

　　為了繪制出這一tRNA基因的適應(yīng)度景觀圖，研究人員需要評估與基因序列中72個位置每一個位點(diǎn)A, T, C 和G的每一種可能的組合相關(guān)的繁殖成功率。

　　因此，他們構(gòu)建了65,000多種酵母菌株，每種菌株攜帶著一個獨(dú)特的基因變種，有一個或以上的序列拼寫錯誤。每一個拼寫錯誤被稱作為一個點(diǎn)突變。

　　隨后，研究人員將65,000多種酵母菌株一起放置在一個試管中，允許它們在一天內(nèi)通過無性細(xì)胞分裂進(jìn)行生長。在24小時競賽期的最后，確定每種酵母菌株的生長速率——實(shí)際上是測量它的達(dá)爾文適應(yīng)度。