視点：進化の軌跡におけるエピスタシスと遺伝的制約に署名

フィットネスのエピスタシスは、突然変異の選択的効果が、それが現れる遺伝的背景に条件付けられていることを意味します。エピスタシスは自然界で広く観察されていますが、自然選択による進化に対するその結果の理解は不完全なままです。特に、多くの注意は、フィットネスの付加的な遺伝的分散への生ピスタティックな寄与を介して、選択された対立遺伝子の頻度の変化の瞬間的な速度に対する影響にのみ焦点を当てています。したがって、このフレームワークでは、エピスタシスは、相互作用する遺伝子座が集団で同時に分離されている場合にのみ進化的重要性を持っています。しかし、高フィットネス遺伝子型への変異軌道の選択的アクセス可能性は、新規の変異が現れる遺伝的背景に依存する可能性があり、この効果は他の遺伝子座の集団多型とは無関係です。ここでは、自然選択による進化に対するエピスタシスのこの2番目の影響を探ります。私たちは、それが特定の形のエピスタシスの結果であることを示しています。符号のエピスタシスとは、突然変異のフィットネス効果の兆候が生物制御下にあることを意味します。したがって、そのような突然変異は、いくつかの遺伝的背景に有益であり、他のものに有害です。微生物システムにおける最近の実験的革新により、複数の遺伝的背景に対する個々の変異のフィットネス効果の評価が可能になりました。この文献をレビューし、サインエピスタシスの多くの例を特定し、これらの結果の意味が他の生物に一般化される可能性があることを示唆しています。これらの理論的および経験的考慮事項は、高フィットネス遺伝子型への軌跡の選択的アクセス性に対する強い遺伝的制約が存在し、将来の研究のための特定の調査領域を示唆する可能性があることを意味します。

Epistasis for fitness means that the selective effect of a mutation is conditional on the genetic background in which it appears. Although epistasis is widely observed in nature, our understanding of its consequences for evolution by natural selection remains incomplete. In particular, much attention focuses only on its influence on the instantaneous rate of changes in frequency of selected alleles via epistatic contribution to the additive genetic variance for fitness. Thus, in this framework epistasis only has evolutionary importance if the interacting loci are simultaneously segregating in the population. However, the selective accessibility of mutational trajectories to high fitness genotypes may depend on the genetic background in which novel mutations appear, and this effect is independent of population polymorphism at other loci. Here we explore this second influence of epistasis on evolution by natural selection. We show that it is the consequence of a particular form of epistasis, which we designate sign epistasis. Sign epistasis means that the sign of the fitness effect of a mutation is under epistatic control; thus, such a mutation is beneficial on some genetic backgrounds and deleterious on others. Recent experimental innovations in microbial systems now permit assessment of the fitness effects of individual mutations on multiple genetic backgrounds. We review this literature and identify many examples of sign epistasis, and we suggest that the implications of these results may generalize to other organisms. These theoretical and empirical considerations imply that strong genetic constraint on the selective accessibility of trajectories to high fitness genotypes may exist and suggest specific areas of investigation for future research.