温度对突变率和种群分化速率影响的实验进化研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670376
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0301.生态学理论与方法
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Three hypotheses have been proposed for the effects of temperature on the rates of evolution: (i) shorter generation time, (ii) higher rates of spontaneous mutations, and (iii) stronger natural selection, at higher temperatures. There has been rich evidence for the generation time hypothesis. The mutation rate hypothesis has received much theoretical attentions; and it has been suggested that higher temperatures accelerate metabolic activities and thus yield more free radicals that cause DNA damages. However, empirical evidence has been lacking. The selection strength hypothesis has not been studied rigorously, either theoretically or empirically. Evolutionary biologists have proposed the three hypotheses mostly for explaining the latitude patterns in speciation rates. However, the mechanical bases are individual- and population-level processes. This project is aimed to experimentally testing the mutation rate and selection strength hypotheses, using an experimental evolution approach. Experiments will be carried out with the model bacterium Escherichia coli. First, a mutation accumulation experiment will be performed at several temperatures, followed by whole-genome re-sequencing work to estimate spontaneous mutation rates. We will test the idea derived from the ecological metabolic theory, that is, neutral mutation rate is determined by metabolic energy expended by per unit mass of tissue. Second, we will run an adaptive evolution experiment in laboratory environment that contains multiple substitutive resources and investigate whether or not higher temperature can lead to faster adaptive evolution and stronger within-population diversification.
环境温度影响物种进化速率的可能机制有三个:高温缩短生物世代时间,高温加速自发突变的产生,高温强化自然选择过程。高温缩短世代时间这一观点被普遍接受。关于温度对突变率影响,有一些理论探讨;但是经验证据不足。关于温度是否影响自然选择强度而改变进化速率,尚没有明确的机理讨论,也几乎没有验证工作。进化生物学家提出这些假说的初衷是解释物种形成速率表现出的纬度格局,但这些机制本身是发生在个体和种群水平上的过程。申请者计划以模式微生物大肠杆菌对后两个假说进行实验验证。首先,在多个温度下开展突变累积实验并对进化菌株测序,分析自发突变速率是否受温度影响;对生态代谢理论关于“突变速率由生物个体单位质量消耗的代谢能量决定”这一核心观点进行验证。其次,在含有多个可替代性资源的环境中开展适应性进化实验,研究高温是否导致更快的适应性进化和更强烈的种群内生态位分化。

结项摘要

研究进化速率对温度依赖性的机制,不仅有助于理解生物多样性格局的形成,也有助于预测全球变化的深远影响。该项目针对温度影响进化速率的生理学机制进行了实验研究,有以下主要研究成果。(1)证明了高温可以加速突变产生,并且发现突变率和代谢速率二者对温度的依赖性高度相似,支持代谢生态学理论关于代谢速率决定突变率的预测。(2)首次具体阐述了高温强化有利突变后果并加速自然选择的假说,并给出了实验证据。(3)在一个实验适应辐射系统中证明了高温加速种群分化,也促进多样性的维持。(4)此外也研究了温度通过生态学过程影响种群分化的机制,描述了对抗性种间关系可以降低和强化局域适应的若干可能情形。这些研究发现表明温度本身就是决定进化速率的最普遍最重要的环境因素之一——而不仅仅只是表征了生物可利用能量的影响。也说明在气候变暖情形下生物种群可以通过发生更快适应进化的可能性——温度上升不仅仅意味着有新的选择压力出现,也意味着加速进化过程的基础过程(比如突变的产生)得以强化。该项目迄今在Ecology Letters、Proceedings B等刊物发表论文9篇。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Experimental Testing of Dispersal Limitation in Soil Bacterial Communities with a Propagule Addition Approach
用繁殖体添加方法进行土壤细菌群落扩散限制的实验测试
  • DOI:
    10.1007/s00248-018-1284-z
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Microbial Ecology
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zhang Fen-Guo;Bell Thomas;Zhang Quan-Guo
  • 通讯作者:
    Zhang Quan-Guo
Advances in microbial interaction research: from observation to prediction
  • DOI:
    10.16360/j.cnki.jbnuns.2016.06.019
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    J B Normal Univ (Nat Sci Ed)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hao;Zhang, QG.
  • 通讯作者:
    Zhang, QG.
Migration highways and migration barriers created by host-parasite interactions
宿主与寄生虫相互作用产生的迁徙高速公路和迁徙障碍
  • DOI:
    10.1111/ele.12700
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Ecology Letters
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Zhang Quan-Guo;Buckling Angus
  • 通讯作者:
    Buckling Angus

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可以阻止进化过程富食悖论的稳定化机制
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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