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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2022-09-02
摘要
背景：新陳代謝是一個複雜的化學反應網絡。此網絡利用環境中存在的化學物質合成多種生物質小前驅分子。任何一種生物體的代謝網絡都是由代謝基因型編碼的，代謝基因型被定義為一組酶編碼基因，其產物催化網絡的反應。每種代謝基因型都有代謝表現型。我們將這種代謝表型定義為代謝可用於合成生物質的化學元素的不同來源的範圍。我們這裡關注的是硫元素。我們透過分析來源來研究硫代謝中所有可能的代謝基因型的空間特性。結果：我們表明，具有相同表型的代謝基因型形成了代謝網絡的大型連接基因型網絡——其延伸到代謝基因型空間。它們穿過這個空間的距離取決於超本質反應的數量。超本質反應是在給定環境中可行的所有網路中發生的本質反應。代謝網絡的表型對於消除個體反應的穩健程度可能有所不同。我們發現這種穩健性取決於代謝網絡的大小和其他變量，例如最小代謝網絡的大小，其反應在特定環境中都是必不可少的。我們表明，任何基因型網絡的不同鄰域都具有非常不同的新表型和代謝創新，這些創新可以依靠新的硫源來維持生命。我們也分析了代謝網絡進化群探索新陳代謝表型的能力。基因型網絡的存在促進了這種能力，因為這些網絡的不同鄰域包含非常不同的新表型。結論：我們表明，參與硫代謝的代謝基因型空間的組織方式與碳代謝的空間組織方式類似。我們證明，代謝網絡的最大基因型距離和穩健性可以透過超必需反應的數量和環境中可行的最小代謝網絡的大小來解釋。與大分子的基因型空間相反，表型穩健性可能促進表型創新，我們表明，在這裡獲得新表型的能力並不隨著魯棒性而單調增加。