Conservation of mRNA secondary structures may filter out mutations in Escherichia coli evolution.
Conservation of mRNA secondary structures may filter out mutations in Escherichia coli evolution.
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DOI：
10.1093/nar/gkt507
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发表时间：
2013-09
影响因子：
14.9
通讯作者：
Shneider A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chursov A;Frishman D;Shneider A
最近的报道表明，病毒基因组中的突变往往会保留RNA的二级结构，而那些破坏二级结构元件的突变可能会降低基因的表达水平，从而起到功能敲除的作用。在这篇文章中，我们通过比较在长期进化实验过程中积累了超过40000代的必需和非必需大肠杆菌基因突变的结构后果，来探索细菌进化中一个以前未知的因素--mRNA编码区的二级结构的保守。我们监测了突变对最小自由能(MFE)值的影响程度，假设MFE的实质性变化表明结构扰动。我们的主要发现是，纯化选择倾向于消除必要基因上的那些突变，这些突变导致MFE值的更大变化，因此可能对相应的mRNA二级结构更具破坏性。这一效应意味着破坏mRNA二级结构的同义突变可能直接影响生物体的适合性。这些结果表明，保持完整的mRNA结构的需要对细菌基因组施加了额外的进化限制，而不仅仅是保留编码蛋白质的结构和功能。
Recent reports indicate that mutations in viral genomes tend to preserve RNA secondary structure, and those mutations that disrupt secondary structural elements may reduce gene expression levels, thereby serving as a functional knockout. In this article, we explore the conservation of secondary structures of mRNA coding regions, a previously unknown factor in bacterial evolution, by comparing the structural consequences of mutations in essential and nonessential Escherichia coli genes accumulated over 40 000 generations in the course of the ‘long-term evolution experiment’. We monitored the extent to which mutations influence minimum free energy (MFE) values, assuming that a substantial change in MFE is indicative of structural perturbation. Our principal finding is that purifying selection tends to eliminate those mutations in essential genes that lead to greater changes of MFE values and, therefore, may be more disruptive for the corresponding mRNA secondary structures. This effect implies that synonymous mutations disrupting mRNA secondary structures may directly affect the fitness of the organism. These results demonstrate that the need to maintain intact mRNA structures imposes additional evolutionary constraints on bacterial genomes, which go beyond preservation of structure and function of the encoded proteins.
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