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論文資訊
- 類型：工作論文
- 編號：工作論文 #911
- 日期：2026-03-18
摘要
RNA從序列折疊成二級結構是一個簡單而強大的、以生物物理學為基礎的基因型-表型圖模型，其中可塑性、進化性、上位性和模組性等概念不僅可以精確定義和統計測量，而且揭示了自然選擇的同時且深刻的非獨立效應。分子可塑性在此主要被視為 RNA 序列透過在恆溫下平衡而呈現各種能量上有利的形狀的能力（微環境可塑性）。透過基於實驗設計的模擬，我們研究了向預定目標形狀演化的 RNA 分子群的動態。序列的可塑性庫中的每個形狀對序列的整體適應性的貢獻與序列在該形狀中花費的時間成正比。可塑性是昂貴的，因為一個序列可以呈現的形狀越多，在其中任何一個上花費的時間就越少。毫不奇怪，選擇會導致可塑性降低（環境運河化）。然而，最引人注目的觀察是演化過程同時減慢並最終停止。可塑性的降低導致遺傳通道化，即變異性的急劇喪失（從而喪失進化性）直至鎖定點。環境運河化和遺傳運河化之間的因果橋樑是由序列的塑性庫中的形狀集與其遺傳鄰域中的主導（最小自由能）形狀集之間的相關性提供的。 RNA 基因型-表型圖譜的這種靜態特性（我們稱之為質體發生一致性）引導並捕獲了大多數遺傳變異為表型中性的區域中的種群。我們稱這種現象為中性禁閉。中性限制的分析模型，透過完美質體發生一致性的假設而變得易於處理，正式地將突變率、表型空間的拓樸結構和演化性連結起來。這些模型確定了三種突變機制：對應於中性限制，經典錯誤閾值對應於顯性表型的喪失，以及探索閾值對應於中性限制的崩潰和顯性表型的同時持續存在。最後一步，我們分析了渠化表型的結構特性。令人驚訝的是，可塑性的降低導致了極端的模組化，我們從幾個角度對其進行定義和分析：熱物理（融化行為，反應規範的RNA版本）、動力學（折疊途徑，發育的RNA版本）和遺傳（轉座性，模組化特徵對改變遺傳背景的不敏感性）。因此，該模型提出了模組化可能的演化起源。