Microbial evolutionary strategies in a dynamic ocean
Microbial evolutionary strategies in a dynamic ocean
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动态海洋中的微生物进化策略
DOI：
10.1073/pnas.1919332117
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Levine, Naomi M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Walworth, Nathan G.;Zakem, Emily J.;Dunne, John P.;Collins, Sinéad;Levine, Naomi M.
海洋微生物构成了海洋食物网的基础，并推动了海洋生物地球化学循环。然而，人们对微生物种群通过不断变化的条件平流时的适应能力知之甚少。在这里，我们使用一个适应模型和一个涡旋分辨海洋环流气候模型来研究物理和生物时间尺度之间的相互作用。确定了两个标准，这两个标准将适应的时间和性质与物理和生物时间表的比率联系起来。遗传适应在高度多变的环境中受到非遗传修饰的阻碍，但在更稳定的环境中得到促进。出现了一种进化权衡，即较大的短期非遗传跨代效应(Low-γ策略)能够对环境波动做出快速反应，但推迟了遗传适应，而较少的短期跨代效应(高γ策略)允许更快的遗传适应，但抑制了短期反应。我们的结果表明，单一水团内生物的选择压力基于世代时间尺度的不同而不同，从而导致不同的进化策略受到青睐。经历更多变化环境的生物体应该倾向于低γ策略。此外，更快的细胞分裂速度应该是在不断变化的海洋中进行遗传适应的关键因素。理解和量化进化和物理时间尺度之间的关系对于对未来微生物动力学的可靠预测至关重要。
Marine microbes form the base of ocean food webs and drive ocean biogeochemical cycling. Yet little is known about the ability of microbial populations to adapt as they are advected through changing conditions. Here, we investigated the interplay between physical and biological timescales using a model of adaptation and an eddy-resolving ocean circulation climate model. Two criteria were identified that relate the timing and nature of adaptation to the ratio of physical to biological timescales. Genetic adaptation was impeded in highly variable regimes by nongenetic modifications but was promoted in more stable environments. An evolutionary trade-off emerged where greater short-term nongenetic transgenerational effects (low-γ strategy) enabled rapid responses to environmental fluctuations but delayed genetic adaptation, while fewer short-term transgenerational effects (high-γ strategy) allowed faster genetic adaptation but inhibited short-term responses. Our results demonstrate that the selective pressures for organisms within a single water mass vary based on differences in generation timescales resulting in different evolutionary strategies being favored. Organisms that experience more variable environments should favor a low-γ strategy. Furthermore, faster cell division rates should be a key factor in genetic adaptation in a changing ocean. Understanding and quantifying the relationship between evolutionary and physical timescales is critical for robust predictions of future microbial dynamics.
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影响因子：
6.8
作者：
B. Ward;Sinéad Collins;S. Dutkiewicz;Samantha Gibbs;Paul Bown;A. Ridgwell;B. Sauterey;Jamie D. Wilson;A. Oschlies
通讯作者：
B. Ward;Sinéad Collins;S. Dutkiewicz;Samantha Gibbs;Paul Bown;A. Ridgwell;B. Sauterey;Jamie D. Wilson;A. Oschlies
基于已发表的实验室研究的球石藻突变适应性进化的模型模拟
影响因子：
3.7
作者：
K. Denman
通讯作者：
K. Denman
影响因子：
16.6
作者：
Jönsson BF;Watson JR
通讯作者：
Watson JR
DOI：
10.1016/b978-0-12-805388-1.00028-6
发表时间：
2017-01-01
期刊：
HANDBOOK OF EPIGENETICS: THE NEW MOLECULAR AND MEDICAL GENETICS, 2ND EDITION
影响因子：
--
作者：
Kronholm, Ilkka
通讯作者：
Kronholm, Ilkka
DOI：
10.1073/pnas.1505406112
发表时间：
2015-09-08
影响因子：
11.1
作者：
Cvijovic, Ivana;Good, Benjamin H.;Desai, Michael M.
通讯作者：
Desai, Michael M.