還元ゲノムの進化における遺伝的冗長性の喪失

生物学的システムは、不確実な環境では機能的に堅牢になるように進化しましたが、非常に適応性もあります。このような堅牢性は、遺伝的冗長性によって部分的に達成されます。この場合、突然変異または環境課題による特定の成分の失敗は、実行できる重複したコンポーネントによって補償されます。非常に可変的な環境には、非常に堅牢なシステムが必要です。逆に、予測可能な環境は、堅牢性に高い選択的値を置くべきではありません。ここでは、主に細胞内寄生虫と内共生生物に見られる極端に減少したゲノムにおける遺伝的冗長性の進化的ダイナミクスを調査することにより、この仮説をテストします。データ分析とゲノムの進化のシミュレーションを組み合わせることにより、ゲノムの減少に苦しむ広範な遺伝子喪失には、パラロジーを犠牲にしながらタンパク質ファミリーの多様性を維持するための選択的駆動があることがわかります。これは、ゲノム減少の既知のドライバーの副産物ではなく、家族の共通のコアへの収束が非常に限られていることを示しています。特定の適応。私たちの観察は、予測可能な環境での堅牢性の選択の減少による遺伝的冗長性の喪失を反映していることを提案します。

Biological systems evolved to be functionally robust in uncertain environments, but also highly adaptable. Such robustness is partly achieved by genetic redundancy, where the failure of a specific component through mutation or environmental challenge can be compensated by duplicate components capable of performing, to a limited extent, the same function. Highly variable environments require very robust systems. Conversely, predictable environments should not place a high selective value on robustness. Here we test this hypothesis by investigating the evolutionary dynamics of genetic redundancy in extremely reduced genomes, found mostly in intracellular parasites and endosymbionts. By combining data analysis with simulations of genome evolution we show that in the extensive gene loss suffered by reduced genomes there is a selective drive to keep the diversity of protein families while sacrificing paralogy. We show that this is not a by-product of the known drivers of genome reduction and that there is very limited convergence to a common core of families, indicating that the repertoire of protein families in reduced genomes is the result of historical contingency and niche-specific adaptations. We propose that our observations reflect a loss of genetic redundancy due to a decreased selection for robustness in a predictable environment.