Continuous evolution of user-defined genes at 1-million-times the genomic mutation rate

基因 生物 突变 计算生物学 遗传学 突变率
作者
Gordon Rix,Rory L. Williams,Hansen Spinner,Vincent J. Hu,Debora S. Marks,Chang C. Liu
标识
DOI:10.1101/2023.11.13.566922
摘要

When nature maintains or evolves a gene's function over millions of years at scale, it produces a diversity of homologous sequences whose patterns of conservation and change contain rich structural, functional, and historical information about the gene. However, natural gene diversity likely excludes vast regions of functional sequence space and includes phylogenetic and evolutionary eccentricities, limiting what information we can extract. We introduce an accessible experimental approach for compressing long-term gene evolution to laboratory timescales, allowing for the direct observation of extensive adaptation and divergence followed by inference of structural, functional, and environmental constraints for any selectable gene. To enable this approach, we developed a new orthogonal DNA replication (OrthoRep) system that durably hypermutates chosen genes at a rate of >10 -4 substitutions per base in vivo . When OrthoRep was used to evolve a conditionally essential maladapted enzyme, we obtained thousands of unique multi-mutation sequences with many pairs >60 amino acids apart (>15% divergence), revealing known and new factors influencing enzyme adaptation. The fitness of evolved sequences was not predictable by advanced machine learning models trained on natural variation. We suggest that OrthoRep supports the prospective and systematic discovery of constraints shaping gene evolution, uncovering of new regions in fitness landscapes, and general applications in biomolecular engineering.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
NexusExplorer应助无心的苡采纳,获得10
刚刚
Lucky完成签到,获得积分10
1秒前
111发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
2秒前
FelixYChen完成签到,获得积分0
2秒前
大模型应助小熊噗噗采纳,获得10
2秒前
郑不知道完成签到,获得积分10
3秒前
县道完成签到,获得积分20
5秒前
1256发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
7秒前
郑不知道发布了新的文献求助10
8秒前
卡卡西发布了新的文献求助10
9秒前
汉堡包应助dd99081采纳,获得10
9秒前
斯文败类应助RC_Wang采纳,获得10
10秒前
10秒前
文艺千柳发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
12秒前
太和竹签发布了新的文献求助10
12秒前
15秒前
16秒前
FelixYChen发布了新的文献求助10
16秒前
17秒前
123123123完成签到,获得积分20
17秒前
难过谷雪发布了新的文献求助30
18秒前
18秒前
小小怪发布了新的文献求助10
18秒前
FashionBoy应助县道采纳,获得10
19秒前
19秒前
吃吃货完成签到 ,获得积分0
19秒前
19秒前
20秒前
自觉果汁发布了新的文献求助200
21秒前
小马完成签到,获得积分10
21秒前
22秒前
麦饭发布了新的文献求助10
22秒前
22秒前
Atopos发布了新的文献求助10
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
晶种分解过程与铝酸钠溶液混合强度关系的探讨 8888
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
The Sage Handbook of Digital Labour 600
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6416856
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8236000
关于积分的说明 17494098
捐赠科研通 5469701
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2889645
邀请新用户注册赠送积分活动 1866601
关于科研通互助平台的介绍 1703754