進化的適応に対するエピスタシスと多面的な影響

進化の適応は、しばしば丘を登ることやピークに登ることに例えられています。このプロセスは、変異が独立しているフィットネス景観にとっては簡単ですが、変異（エピスタシス）と複数の特性（多面的）に影響を与える遺伝子座での変異との相互作用は、複雑で現実的なフィットネス景観において重要です。私たちは、各遺伝子座が他の遺伝子座と相互作用するN相互作用遺伝子座のモデルにおける無性半数化生物（ハプロタイプ）の集団の進化を研究することにより、適応進化に対するエピスタシスと多面の影響の影響を調査します。置換間の上結果性相互作用の大きさの定量的尺度を使用し、それがKの増加関数であることがわかります。ハプロタイプが高い突然変異速度​​で適応すると、予想よりもより多くの生象の置換ペアが降下線で観察されます。最も高いフィットネスは、相互作用する遺伝子のより高いフィットネスの可能性と同時に進化性を低下させる中程度の量の頑丈さを備えた景観に到達されます。我々の発見は、目的的に相互作用する遺伝子座間の相乗主義が、フィットネスの高い遺伝モジュールを進化させるために重要であり、あまりにも多くの頑丈さが適応プロセスを失速させることを暗示しています。

Evolutionary adaptation is often likened to climbing a hill or peak. While this process is simple for fitness landscapes where mutations are independent, the interaction between mutations (epistasis) as well as mutations at loci that affect more than one trait (pleiotropy) are crucial in complex and realistic fitness landscapes. We investigate the impact of epistasis and pleiotropy on adaptive evolution by studying the evolution of a population of asexual haploid organisms (haplotypes) in a model of N interacting loci, where each locus interacts with K other loci. We use a quantitative measure of the magnitude of epistatic interactions between substitutions, and find that it is an increasing function of K. When haplotypes adapt at high mutation rates, more epistatic pairs of substitutions are observed on the line of descent than expected. The highest fitness is attained in landscapes with an intermediate amount of ruggedness that balance the higher fitness potential of interacting genes with their concomitant decreased evolvability. Our findings imply that the synergism between loci that interact epistatically is crucial for evolving genetic modules with high fitness, while too much ruggedness stalls the adaptive process.