基于实验进化的同源重组速率进化规律的研究

Homologous recombination speeds up adaptation, and thus, it is under natural selection. Understanding the evolutionary mechanism of the homologous recombination rate is of central importance, because it provides critical insights into the micro evolution theory. Although extensive theoretical and data analysis work has been done on the evolution of recombination, experimental studies are rare. Here, we perform experimental evolution on the brewer's yeast to study the evolution of recombination. We generate yeast strains with variety of recombination rates, let them evolve in the lab, measure their fitness at the end of the experiments, and compare the genomic locations of recombination hot spots and beneficial mutations, to understand the rules underlying the evolution of the average recombination rates, the evolution of the recombination hot spots, and the interaction of the two. Our study will significantly contribute to our understanding on micro evolution.

同源重组作为基因组内部的驱动力，可以改变微进化过程中生物适应环境的速率，因而受到自然选择。有关同源重组速率进化规律的研究将促进我们对微进化机制基本理论与法则的理解。目前基于群体遗传模型和基因组数据分析的研究已经取得了重要的进展，但在真实的（非模型的）生命群体中，关于同源重组速率进化规律的报道却非常少。本项目拟采用真实的生命群体，以酿酒酵母为研究对象，通过高突变率PCR等分子手段获得具有不同同源重组速率的酵母株系，完成酵母群体在实验室中的定向进化，进而测量所产生酵母株系的适应度，计算不同重组速率所受到的正向自然选择，以及鉴定和比较所产生酵母株系的重组热点和有利突变，同时辅以比较基因组、进化基因组和群体遗传学等技术手段，最终期望阐明平均同源重组速率、同源重组热点以及它们之间相互作用的进化规律。对同源重组速率进化机制的探索将为全面理解微进化机制的基本理论与法则奠定重要基础。

本课题的主要目标是研究同源重组速率的进化规律，以拓展我们对基因组内部驱动力进化规律的认识。同源重组作为基因组内部的驱动力，可以改变微进化过程中生物适应环境的速率，因而受到自然选择。本项目以酿酒酵母为研究对象，首先通过高突变率PCR等分子手段获得具有不同同源重组速率的酵母株系。我们进一步完成了酵母群体在实验室中的定向进化，进而测量所产生酵母株系的适应度，计算不同重组速率所受到的正向自然选择，以及鉴定和比较所产生酵母株系的重组热点和有利突变。我们还利用比较基因组、进化基因组和群体遗传学等技术手段，阐明一下三方面内容。第一，平均同源重组速率的进化规律；第二，同源重组热点的进化规律；第三，平均同源重组速率和同源重组热点之间相互作用的进化规律。这些对同源重组速率进化机制的探索为全面理解微进化机制的基本理论与法则奠定重要基础。