Yapısal varyantlar (SV'ler), genellikle 50 bp veya daha fazlasını etkileyen genomik sekansın değişiklikleridir. Açıklanan SV'lerin dört kategorisi büyük eklemeler, büyük silmeler, ters çevirmeler ve çoğaltmalardır. Yakın zamana kadar, tek nükleotid varyantlarına (SNV'ler), fenotipik etkileri ve hastalığın genetik belirleyicileri olarak rolleri veya adaptasyona katkıları açısından yapısal varyantlardan daha fazla dikkat çekilmiştir. Bunun nedeni muhtemelen SNV'leri tespit etmenin ve fenotipik etkilerini tahmin etmenin daha kolay olmasıdır. Bununla birlikte, kısa ve uzun okunan derin dizileme teknolojileri, en azından tek bir bireyde veya klonal genomlardaSV'lerin tespitini güçlü bir şekilde geliştirmiştir 1. Buna paralel olarak, fenotipik etkileri daha iyi karakterize edilmiş ve insan hastalığının genetik belirleyicileri 2,3 veya yeni bir çevreye adaptasyon4 olarak ima edildiklerine dair birçok örnek belgelenmiştir.
Genellikle mobil genetik element (MGE) yerleştirmelerine bağlı olarak delesyonlar ve eklemeler, tek nükleotid polimorfizmlerinden (SNP'ler) çok daha yıkıcıdır ve çerçeve kayması mutasyonlarına ve protein yapısı modifikasyonlarına yol açar. Genlerdeki delesyonlar ve MGE yerleştirmeleri hemen hemen her zaman gen inaktivasyonu ile sonuçlanır ve kodlamayan bölgelere yapılan eklemeler, ekleme dizileri (IS'ler) promotör veya sonlandırma dizileriiçerdiğinde bitişik genlerin baskılanmasına veya kurucu ekspresyonuna yol açabilir 5. Esansiyel genlerin nakavtlanması, bakteriyel uygunluk üzerinde açık zararlı etkilere yol açarken, esansiyel olmayan genlerin kaybı bazı durumlarda faydalıdır. Doğal maliyetlerine rağmen, duplikasyonlar da avantajlı olabilir ve gen dozajında bir değişikliğe yol açtıkları için adaptasyona katılabilirler; Belirli bir proteinin aktivitesindeki bir artış, koşullara bağlı olarak avantajlı olabilir6.
Mikrobiyal deneysel evrim popülasyonları genellikle klonlarla başlar. Genetik çeşitliliğin bu başlangıçtaki yokluğu, test tüplerinin "kapalı çevre" özelliği ile birleştiğinde, yatay gen transferi ve rekombinasyonu yoluyla gen kazanımı yoluyla çok sınırlı bir evrim potansiyeline yol açar. Bu spesifik koşullarda, delesyonların, duplikasyonların ve intragenomik MGE yerleştirilmesinin adaptasyonuna katkısı özellikle önemlidir; bakteriler genellikle fonksiyon kaybı mutasyonları yoluyla adapte olurlar (esas olarak delesyonlar veya MGE eklemeleri nedeniyle), kararlı, genellikle besin açısından zengin, monokültür yapay ortamlarda yararlı olmayan genleri etkiler7. En uzun süredir devam eden E. coli evrim deneyinde, IS150 yerleştirmeleri, 50.000 kuşaktan sonra evrimleşen popülasyonlar arasında özellikle sık görülür ve IS elementleri, atalarının nokta mutasyon oranını koruyan popülasyonlarda yüksek frekansa ulaşan mutasyonların% 35'ini temsil eder8.
Bakterilerin fenotipik ve genomik seviyelerde, farklı karbon ve enerji kaynakları, antibiyotikler ve ozmotik stres gibi farklı çevresel koşullara ve streslere nasıl adapte olduklarını araştırmak için deneysel evrimi ve yeni nesil dizileme (NGS) teknolojilerini birleştiren evrimleşme ve yeniden sıralama çalışmaları 9,10,11 . Bu çalışmalar tipik olarak evrimleşmiş popülasyonlar veya klonlar hakkında genomik bilgiyi yalnızca deneysel bitiş noktasında ve bazı durumlarda 12,13,14 numaralı ara zaman noktalarında elde eder. Bu veriler, belirli bir ortama adaptasyonda yer alan genler ve yollar hakkında fikir verir, ancak nadiren araştırmacıların zaman içinde ortaya çıkan ve süpürülen de novo alellerin dinamiklerini takip etmelerine izin verir.
Bu dinamikleri takip etmek için bir yaklaşım, sınırlı sayıda ayırıcı alel seçmek (etkiledikleri genlerin işlevi nedeniyle, bağımsız popülasyonlarda paralel olarak süpürüldükleri için, vb.) ve alel oranını ölçmek için amplikon dizilimini kullanmak, aynı dizileme koşusunda birçok zaman noktasını bir araya getirmektir15. Bu yöntem, deneysel16 ve doğal17 mikrop popülasyonunda küçük boyutlu varyantların (SNP'ler veya 1 bp indel) dinamiklerini takip etmek için başarıyla kullanılmıştır. Bununla birlikte, daha büyük indeller veya MGE yerleştirmeleri durumunda, amplikonların boyut farkı, okuma ve alel oranları arasındaki ilişkiyi bozan PCR verimlilik farklılıklarını indükler. Bazı durumlarda, iki alel arasındaki boyut farkı, amplikonun klasik uzunluğundan daha üstündür. Burada, boyut ayrımına dayalı bir yerleştirme alelinin göreceli frekansını ölçmek için üçlü bir PCR tekniğini otomatik paralel kılcal elektroforez ile birleştirdik. Bu yaklaşım, ortaya çıkan bir mutant alelin dinamiklerini belirlemek ve fiksasyon veya kayıp sıklığını uygun maliyetli bir şekilde takip etmek için az kullanılan deneysel zaman noktalarının kullanılmasına izin verir. Bu yöntemi, bir IS10 yerleştirme yoluyla mutasyona uğramış ve mutasyona uğramış genotipe hipermutator bir fenotip sağlayan ortaya çıkan mutS- alellerini izlemek için uyguladık.
Bu yöntem, boyut olarak% ≥5'lik bir farka sahip iki hedef alel gerektirir. İlk olarak, astar üçlüleri, ortak bir astarı paylaşan benzer büyüklükteki parçalar üretmek üzere tasarlanmıştır. İkincisi, PCR koşulları optimize edilir ve vahşi tip (WT) ve mutant gDNA karışımları kullanılarak bir kalibrasyon eğrisi üretilir. Son olarak, örnekler PCR ile güçlendirilir ve her alelin göreceli frekansı paralel kantitatif kılcal elektroforez ile ölçülür.