內共生,表現型穩定性和物種演化的一般原理和分子機制

1) 利用基因體分析來瞭解草履蟲和小球藻內共生的關係

為什麼一個生物可以活在另一個生物體內而不會引起問題呢?內共生 是驅動真核細胞演化的主要力量之一(粒線體與葉綠體是最有名的例 子),在當今自然界中也隨處可見內共生的例子。然而,共生體如何在 宿主細胞中建立內共生的過機制至今仍不清楚。我們使用兩種纖毛蟲 (草履蟲和四膜蟲)以及小球藻,來研究內共生的早期發生過程。纖毛 蟲是一類古老而多樣的原生生物,在細胞生物學上具有許多與眾不同又 有趣的特徵。小球藻則是在生物科技工業中常被應用的材料,例如生質 能源的生產。利用纖毛蟲和小球藻,不但讓我們能夠研究內共生建立的 遺傳機制,也可以進一步探索其他細胞生物學以及生物科技工業相關的 問題。

2) 表現型穩定性的演化與分子機制

為什麼細胞可以在各種環境和遺傳背景下都保持一致的性能呢?儘管受 到外在環境和內在遺傳突變的干擾,都能保持穩定表現型的能力是生命 系統的基本屬性。長期以來,科學家一直相信細胞中含有主緩衝系統, 該系統可以在一般狀況下維持穩定的表現型,並在壓力下對其進行調 節。緩衝系統對於穩定環境和遺傳擾動下的細胞生理和發育過程至關重 要。此外,緩衝系統還可以調整演化的速度節奏,因為它們能夠緩和這 些變動,或幫助一個群體累積在天擇競爭下必要的遺傳變異。雖然遺傳和非遺傳緩衝效應的概念,已得到普遍的認可, 但是潛在的分子機制並不清楚。我們實驗室中將結合實驗演化和基因體組分析,用系統生物學方法探討這個問題。

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Leu, Jun-Yi