Identifikation und Dynamik einer vorteilhaften Mutation in einem langfristigen Evolutionsexperiment mit Escherichia coli

HINTERGRUND: Zwölf Populationen von E. coli wurden über 20.000 Generationen in einem glucose-supplementierten Minimalmedium seriell vermehrt, um die Dynamik der Evolution zu studieren. Wir wollten eine der vorteilhaften Mutationen finden und charakterisieren, die für die Anpassung und andere phänotypische Veränderungen, einschließlich der erhöhten Zellgröße, in einer dieser Populationen verantwortlich ist. ERGEBNISSE: Wir verwendeten Transposon-Takung gefolgt von P1-Transduktion in den Vorfahren, um auf erhöhte Zellgröße und Fitness zu screenen, führten eine Co-Transduktionanalyse durch und erfuhren DNA-Sequenzierung. Wir identifizierten eine 1-bp-Insertion im BoxG1-Bereich, der sich stromaufwärts von glmUS befindet, einem Operon, das an der Biosynthese der Zellwand beteiligt ist. Bei der Transduktion in den Vorfahren erhöhte diese Mutation die konkurrierende Fitness um etwa 5 %. Diese Mutation verbreitete sich in ihrer Ursprungspopulation zwischen 500 und 1500 Generationen. Mutationen in diesem Bereich wurden in den anderen 11 sich entwickelnden Populationen nicht gefunden, selbst nach 20.000 Generationen. SCHLUSSFOLGERUNG: Die 1-bp-Insertion im BoxG1-Bereich nahe glmUS war nachweislich vorteilhaft in der Umgebung, in der sie entstanden ist. Das Fehlen ähnlicher Mutationen in den anderen entwickelten Populationen deutet darauf hin, dass sie andere Mutationen substituierten, die diese spezielle Mutation unwichtig machten. Diese Ergebnisse zeigen die Unvorhersehbarkeit der adaptiven Evolution, während parallele Substitutionen an anderen Loci in diesen gleichen Populationen die Vorhersehbarkeit offenbaren.