stringtranslate.com

Надежность (эволюция)

В эволюционной биологии надежность биологической системы ( также называемая биологической или генетической надежностью [1] ) — это сохранение определенной характеристики или черты в системе при возмущениях или условиях неопределенности. [2] [3] Надежность в развитии известна как канализация . [4] [5] В зависимости от типа вовлеченного возмущения надежность можно классифицировать как мутационную , экологическую , рекомбинационную или поведенческую и т . д . [6] [7] [8] Надежность достигается за счет сочетания многих генетических и молекулярных механизмов и может развиваться путем прямого или косвенного отбора . Было разработано несколько модельных систем для экспериментального изучения надежности и ее эволюционных последствий.

Сеть генотипов , связанных мутациями. Каждый генотип состоит из 3 генов : a, b и c. Каждый ген может быть одним из двух аллелей . Линии связывают различные фенотипы мутацией . Фенотип обозначен цветом. Генотипы abc, Abc, aBc и abC лежат в нейтральной сети, поскольку все они имеют одинаковый темный фенотип. Генотип abc является надежным, поскольку любая единичная мутация сохраняет тот же фенотип. Другие генотипы менее надежны, поскольку мутации изменяют фенотип (например, ABc).

Классификация

Мутационная устойчивость

Мутационная устойчивость (также называемая мутационной толерантностью) описывает степень, в которой фенотип организма остается постоянным, несмотря на мутацию . [9] Устойчивость может быть эмпирически измерена для нескольких геномов [10] [11] и отдельных генов [12] путем индукции мутаций и измерения того, какая доля мутантов сохраняет тот же фенотип , функцию или приспособленность . В более общем смысле устойчивость соответствует нейтральной полосе в распределении эффектов приспособленности мутации (т. е. частот различных приспособленностей мутантов). Белки, исследованные до сих пор, показали устойчивость к мутациям примерно в 66% (т. е. две трети мутаций нейтральны). [13]

Напротив, измеренная мутационная устойчивость организмов сильно различается. Например, >95% точечных мутаций у C. elegans не имеют обнаруживаемого эффекта [14] и даже 90% нокаутов одного гена у E. coli не являются летальными. [15] Вирусы, однако, переносят только 20-40% мутаций и, следовательно, гораздо более чувствительны к мутациям. [10]

Устойчивость к стохастичности

Биологические процессы на молекулярном уровне по своей сути являются стохастическими. [16] Они возникают из комбинации стохастических событий, которые происходят с учетом физико-химических свойств молекул. Например, экспрессия генов по своей сути является шумной. Это означает, что две клетки в абсолютно идентичных регуляторных состояниях будут демонстрировать разное содержание мРНК . [17] [18] Логнормальное распределение содержания мРНК на уровне популяции клеток [19] напрямую следует из применения Центральной предельной теоремы к многоступенчатой ​​природе регуляции экспрессии генов . [20]

Экологическая устойчивость

В различных средах идеальная адаптация к одним условиям может достигаться за счет адаптации к другим. Следовательно, общее давление отбора на организм представляет собой средний отбор по всем средам, взвешенный по проценту времени, проведенному в этой среде. Таким образом, изменчивая среда может выбирать устойчивость к окружающей среде, где организмы могут функционировать в широком диапазоне условий с небольшим изменением фенотипа или приспособленности (биология) . Некоторые организмы демонстрируют адаптации, позволяющие переносить большие изменения температуры, доступности воды, солености или доступности пищи. Растения, в частности, не способны двигаться при изменении окружающей среды и поэтому демонстрируют ряд механизмов для достижения устойчивости к окружающей среде. Аналогично это можно увидеть в белках как устойчивость к широкому диапазону растворителей , концентраций ионов или температур .

Генетические, молекулярные и клеточные причины

Основная эукариотическая метаболическая сеть . Круги обозначают метаболиты , а линии обозначают преобразования ферментами . Многие метаболиты могут быть получены более чем одним путем, поэтому организм устойчив к потере некоторых метаболических ферментов.

Геномы мутируют из-за повреждений окружающей среды и несовершенной репликации, но при этом демонстрируют замечательную толерантность. Это происходит из-за устойчивости на многих разных уровнях.

Мутационная устойчивость организма

Существует множество механизмов, обеспечивающих надежность генома. Например, генетическая избыточность снижает эффект мутаций в любой копии многокопийного гена. [21] Кроме того, поток через метаболический путь обычно ограничен всего несколькими шагами, что означает, что изменения в функции многих ферментов оказывают незначительное влияние на приспособленность. [22] [23] Аналогично метаболические сети имеют несколько альтернативных путей для производства многих ключевых метаболитов . [24]

Мутационная устойчивость белка

Устойчивость к мутациям белка является продуктом двух основных характеристик: структуры генетического кода и структурной устойчивости белка . [25] [26] Белки устойчивы к мутациям, поскольку многие последовательности могут складываться в очень похожие структурные складки . [27] Белок принимает ограниченный ансамбль нативных конформаций, поскольку эти конформеры имеют более низкую энергию, чем развернутые и неправильно свернутые состояния (ΔΔG сворачивания). [28] [29] Это достигается распределенной внутренней сетью кооперативных взаимодействий ( гидрофобных , полярных и ковалентных ). [30] Структурная устойчивость белка является результатом того, что несколько отдельных мутаций оказываются достаточно разрушительными для нарушения функции. Белки также эволюционировали, чтобы избегать агрегации [31], поскольку частично свернутые белки могут объединяться, образуя большие, повторяющиеся, нерастворимые белковые фибриллы и массы. [32] Имеются доказательства того, что белки демонстрируют отрицательные конструктивные особенности, чтобы уменьшить воздействие мотивов бета-слоев, склонных к агрегации, в их структурах. [33] Кроме того, есть некоторые доказательства того, что сам генетический код может быть оптимизирован таким образом, что большинство точечных мутаций приводят к схожим аминокислотам ( консервативные ). [34] [35] Вместе эти факторы создают распределение эффектов приспособленности мутаций, которое содержит высокую долю нейтральных и почти нейтральных мутаций. [12]

Надежность экспрессии генов

Во время эмбрионального развития экспрессия генов должна строго контролироваться во времени и пространстве, чтобы дать начало полностью функциональным органам. Поэтому развивающиеся организмы должны иметь дело со случайными возмущениями, возникающими из-за стохастичности экспрессии генов. [36] У билатерий надежность экспрессии генов может быть достигнута за счет избыточности энхансеров . Это происходит, когда экспрессия гена находится под контролем нескольких энхансеров, кодирующих одну и ту же регуляторную логику (т. е. отображающих сайты связывания для одного и того же набора факторов транскрипции ). У Drosophila melanogaster такие избыточные энхансеры часто называют теневыми энхансерами. [37]

Кроме того, в контексте развития, где время экспрессии генов важно для фенотипического результата, существуют разнообразные механизмы для обеспечения надлежащей экспрессии генов своевременно. [36] Готовые промоторы являются транскрипционно неактивными промоторами , которые демонстрируют связывание РНК-полимеразы II , готовое к быстрой индукции. [38] Кроме того, поскольку не все факторы транскрипции могут связывать свой целевой сайт в уплотненном гетерохроматине , пионерские факторы транскрипции (такие как Zld или FoxA ) необходимы для открытия хроматина и обеспечения связывания других факторов транскрипции, которые могут быстро индуцировать экспрессию генов. Открытые неактивные энхансеры называются готовыми энхансерами. [39]

Конкуренция клеток — это явление, впервые описанное у Drosophila [40] , где мозаичные клетки Minute -мутантов (влияющие на рибосомные белки ) в диком типе фона будут устранены. Это явление также происходит в раннем эмбрионе мыши, где клетки, экспрессирующие высокие уровни Myc, активно убивают своих соседей, демонстрирующих низкие уровни экспрессии Myc . Это приводит к однородно высоким уровням Myc . [41] [42]

Надежность паттернов развития

Механизмы паттернирования, такие как описанные моделью французского флага, могут быть нарушены на многих уровнях (производство и стохастичность диффузии морфогена, производство рецептора, стохастичность каскада сигнализации и т. д.). Поэтому паттернирование по своей сути является шумным. Поэтому устойчивость к этому шуму и генетическим возмущениям необходима для обеспечения того, чтобы клетки точно измеряли позиционную информацию. Исследования нервной трубки данио-рерио и переднезадних паттернов показали, что шумная сигнализация приводит к несовершенной дифференциации клеток, которая позже корректируется трансдифференциацией, миграцией или гибелью клеток, расположенных неправильно. [43] [44] [45]

Кроме того, было показано, что структура (или топология) сигнальных путей играет важную роль в устойчивости к генетическим возмущениям. [46] Самоусиливающаяся деградация долгое время была примером устойчивости в системной биологии . [47] Аналогичным образом, устойчивость дорсовентрального паттернирования у многих видов возникает из сбалансированных механизмов челночного движения-деградации, участвующих в сигнализации BMP . [48] [49] [50]

Эволюционные последствия

Поскольку организмы постоянно подвергаются генетическим и негенетическим возмущениям, устойчивость важна для обеспечения стабильности фенотипов . Кроме того, при балансе мутаций и отбора мутационная устойчивость может позволить скрытым генетическим вариациям накапливаться в популяции. Будучи фенотипически нейтральными в стабильной среде, эти генетические различия могут быть выявлены как различия признаков в зависимости от среды (см. эволюционная емкость ), тем самым позволяя экспрессировать большее количество наследуемых фенотипов в популяциях, подвергающихся воздействию изменчивой среды. [51]

Быть устойчивым может быть даже предпочтительным за счет общей приспособленности как эволюционно стабильной стратегии (также называемой выживанием самых плоских). [52] Высокий, но узкий пик ландшафта приспособленности обеспечивает высокую приспособленность, но низкую устойчивость, поскольку большинство мутаций приводят к массовой потере приспособленности. Высокие скорости мутаций могут благоприятствовать популяции более низких, но более широких пиков приспособленности. Более критические биологические системы также могут иметь больший отбор на устойчивость, поскольку снижение функции более разрушительно для приспособленности . [53] Считается, что мутационная устойчивость является одним из факторов формирования теоретических вирусных квазивидов .

Каждый круг представляет собой функциональный вариант гена, а линии представляют собой точечные мутации между ними. Светлые области сетки имеют низкую приспособленность , темные области — высокую приспособленность. ( a ) Белые круги имеют мало нейтральных соседей, черные круги — много. Светлые области сетки не содержат кругов, поскольку эти последовательности имеют низкую приспособленность. ( b ) В нейтральной сети прогнозируется, что популяция будет эволюционировать по направлению к центру и от «обрывов приспособленности» (темные стрелки).

Эмерджентная мутационная устойчивость

Естественный отбор может выбирать напрямую или косвенно для устойчивости. Когда скорость мутаций высока, а размеры популяции велики, прогнозируется, что популяции будут перемещаться в более плотно связанные регионы нейтральной сети, поскольку менее устойчивые варианты имеют меньше выживших мутантных потомков. [54] Условия, при которых отбор может действовать для прямого увеличения мутационной устойчивости таким образом, являются ограничительными, и поэтому такой отбор, как полагают, ограничивается только несколькими вирусами [55] и микробами [56], имеющими большие размеры популяции и высокие скорости мутаций. Такая возникающая устойчивость наблюдалась в экспериментальной эволюции цитохрома P450 [57] и B-лактамазы . [58] И наоборот, мутационная устойчивость может развиваться как побочный продукт естественного отбора для устойчивости к возмущениям окружающей среды. [59] [60] [61] [62] [63]

Надежность и развиваемость

Считалось, что мутационная устойчивость оказывает негативное влияние на эволюционируемость , поскольку она снижает мутационную доступность отдельных наследуемых фенотипов для одного генотипа и снижает селективные различия в пределах генетически разнообразной популяции. [ необходима цитата ] Однако, вопреки интуиции, была выдвинута гипотеза, что фенотипическая устойчивость к мутациям может фактически увеличивать темп наследуемой фенотипической адаптации, если рассматривать ее в течение более длительных периодов времени. [64] [65] [66] [67]

Одна из гипотез о том, как устойчивость способствует эволюционируемости в бесполых популяциях, заключается в том, что связанные сети нейтральных по приспособленности генотипов приводят к мутационной устойчивости, которая, хотя и снижает доступность новых наследуемых фенотипов в короткие сроки, в течение более длительных периодов времени нейтральная мутация и генетический дрейф заставляют популяцию распространяться по более крупной нейтральной сети в пространстве генотипов. [68] Это генетическое разнообразие дает популяции мутационный доступ к большему количеству отдельных наследуемых фенотипов, которые могут быть достигнуты из разных точек нейтральной сети. [64] [65] [67 ] [69 ] [70] [71] [72] Однако этот механизм может быть ограничен фенотипами, зависящими от одного генетического локуса; для полигенных признаков генетическое разнообразие в бесполых популяциях не увеличивает значительно эволюционируемость. [73]

В случае белков, устойчивость способствует эволюционируемости в форме избыточной свободной энергии сворачивания . [ 74] Поскольку большинство мутаций снижают стабильность, избыточная свободная энергия сворачивания допускает мутации, которые полезны для активности, но в противном случае дестабилизировали бы белок.

В популяциях с половым размножением устойчивость приводит к накоплению скрытых генетических вариаций с высоким эволюционным потенциалом. [75] [76]

Способность к развитию может быть высокой, когда надежность обратима, при этом эволюционная емкость позволяет переключаться между высокой надежностью в большинстве случаев и низкой надежностью в периоды стресса. [77]

Методы и модельные системы

Существует множество систем, которые использовались для изучения устойчивости. Модели in silico использовались для моделирования промоторов , [78] [79] вторичной структуры РНК , моделей белковой решетки или генных сетей . Экспериментальные системы для отдельных генов включают ферментативную активность цитохрома P450 , [57] B-лактамазы , [58] РНК-полимеразы , [13] и LacI [13] — все они использовались. Устойчивость всего организма исследовалась в приспособленности РНК-вируса , [10] бактериальном хемотаксисе , приспособленности Drosophila , [15] сегментной сети полярности, нейрогенной сети и градиенте костного морфогенетического белка , приспособленности C. elegans [14] и развитии вульвы , а также циркадных часах млекопитающих . [9]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Китано, Хироаки (2004). «Биологическая надежность». Nature Reviews Genetics . 5 (11): 826–37. doi :10.1038/nrg1471. PMID  15520792. S2CID  7644586.
  2. ^ Стеллинг, Йорг; Зауэр, Уве; Салласи, Золтан; Дойл, Фрэнсис Дж .; Дойл, Джон (2004). «Надежность клеточных функций». Cell . 118 (6): 675–85. doi : 10.1016/j.cell.2004.09.008 . PMID  15369668. S2CID  14214978.
  3. ^ Феликс, MA; Вагнер, A (2006). «Надежность и эволюция: концепции, идеи и проблемы из системы модели развития» (PDF) . Наследственность . 100 (2): 132–40. doi : 10.1038/sj.hdy.6800915 . PMID  17167519.
  4. ^ Waddington, CH (1942). «Канализация развития и наследование приобретенных признаков». Nature . 150 (3811): 563–5. Bibcode : 1942Natur.150..563W. doi : 10.1038/150563a0. S2CID  4127926.
  5. ^ De Visser, JA; Hermisson, J; Wagner, GP; Ancel Meyers, L; Bagheri-Chaichian, H; Blanchard, JL; Chao, L; Cheverud, JM; et al. (2003). «Перспектива: Эволюция и обнаружение генетической устойчивости». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 57 (9): 1959–72. doi : 10.1111/j.0014-3820.2003.tb00377.x . JSTOR  3448871. PMID  14575319. S2CID  221736785.
  6. ^ Фернандес-Леон, Хосе А. (2011). «Развивающиеся когнитивно-поведенческие зависимости у ситуативных агентов для поведенческой устойчивости». Биосистемы . 106 (2–3): 94–110. doi :10.1016/j.biosystems.2011.07.003. PMID  21840371.
  7. ^ Фернандес-Леон, Хосе А. (2011). «Поведенческая устойчивость: связь между распределенными механизмами и связанной переходной динамикой». Биосистемы . 105 (1): 49–61. doi :10.1016/j.biosystems.2011.03.006. PMID  21466836.
  8. ^ Фернандес-Леон, Хосе А. (2011). «Развивающееся зависимое от опыта устойчивое поведение у воплощенных агентов». Биосистемы . 103 (1): 45–56. doi :10.1016/j.biosystems.2010.09.010. PMID  20932875.
  9. ^ ab Wagner A (2005). Надежность и эволюционируемость в живых системах . Princeton Studies in Complexity. Princeton University Press. ISBN 0-691-12240-7.[ нужна страница ]
  10. ^ abc Sanjuán, R (27 июня 2010 г.). «Эффекты мутационной приспособленности в вирусах с РНК и одноцепочечной ДНК: общие закономерности, выявленные с помощью исследований направленного мутагенеза». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 365 (1548): 1975–82. doi :10.1098/rstb.2010.0063. PMC 2880115. PMID 20478892  . 
  11. ^ Эйр-Уокер, А.; Кейтли, П.Д. (август 2007 г.). «Распределение эффектов приспособленности новых мутаций». Nature Reviews Genetics . 8 (8): 610–8. doi :10.1038/nrg2146. PMID  17637733. S2CID  10868777.
  12. ^ ab Hietpas, RT; Jensen, JD; Bolon, DN (10 мая 2011 г.). «Экспериментальное освещение ландшафта приспособленности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (19): 7896–901. Bibcode : 2011PNAS..108.7896H. doi : 10.1073/pnas.1016024108 . PMC 3093508. PMID  21464309 . 
  13. ^ abc Guo, HH; Choe, J; Loeb, LA (22 июня 2004 г.). «Толерантность белка к случайной замене аминокислот». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (25): 9205–10. Bibcode : 2004PNAS..101.9205G. doi : 10.1073/pnas.0403255101 . PMC 438954. PMID 15197260  . 
  14. ^ ab Davies, EK; Peters, AD; Keightley, PD (10 сентября 1999 г.). «Высокая частота скрытых вредных мутаций у Caenorhabditis elegans». Science . 285 (5434): 1748–1751. doi :10.1126/science.285.5434.1748. PMID  10481013.
  15. ^ ab Баба, Т; Ара, Т; Хасегава, М; Такай, И; Окумура, И; Баба, М; Даценко, КА; Томита, М; Ваннер, БЛ; Мори, Х (2006). "Конструирование мутантов Escherichia coli K-12 с нокаутом одного гена в рамке считывания: коллекция Кейо". Молекулярная системная биология . 2 (1): 2006.0008. doi :10.1038/msb4100050. PMC 1681482. PMID  16738554 . 
  16. ^ Бреслофф, Пол С. (2014-08-22). Стохастические процессы в клеточной биологии . Cham. ISBN 978-3-319-08488-6. OCLC  889941610.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  17. ^ Эловиц, МБ (2002-08-16). "Стохастическая экспрессия генов в одной клетке" (PDF) . Science . 297 (5584): 1183–1186. Bibcode :2002Sci...297.1183E. doi :10.1126/science.1070919. PMID  12183631. S2CID  10845628.
  18. ^ Блейк, Уильям Дж.; Керн, Мадс; Кантор, Чарльз Р.; Коллинз, Дж. Дж. (апрель 2003 г.). «Шум в экспрессии эукариотических генов». Nature . 422 (6932): 633–637. Bibcode :2003Natur.422..633B. doi :10.1038/nature01546. PMID  12687005. S2CID  4347106.
  19. ^ Бенгтссон, М.; Стольберг, А.; Рорсман, П.; Кубиста, М. (16 сентября 2005 г.). «Профилирование экспрессии генов в отдельных клетках островков Лангерганса поджелудочной железы выявляет логнормальное распределение уровней мРНК». Genome Research . 15 (10): 1388–1392. doi :10.1101/gr.3820805. PMC 1240081 . PMID  16204192. 
  20. ^ Бил, Джейкоб (1 июня 2017 г.). «Биохимическая сложность приводит к логнормальным вариациям в генетической экспрессии». Инженерная биология . 1 (1): 55–60. doi : 10.1049/enb.2017.0004 . S2CID  31138796.
  21. ^ Gu, Z; Steinmetz, LM; Gu, X; Scharfe, C; Davis, RW; Li, WH (2 января 2003 г.). «Роль дублирующихся генов в генетической устойчивости к нулевым мутациям». Nature . 421 (6918): 63–6. Bibcode :2003Natur.421...63G. doi :10.1038/nature01198. PMID  12511954. S2CID  4348693.
  22. ^ Кауфман, Кеннет Дж.; Пракаш, Пурушарт; Эдвардс, Джереми С. (октябрь 2003 г.). «Достижения в анализе баланса потоков». Current Opinion in Biotechnology . 14 (5): 491–496. doi :10.1016/j.copbio.2003.08.001. PMID  14580578.
  23. ^ Nam, H; Lewis, NE; Lerman, JA; Lee, DH; Chang, RL; Kim, D; Palsson, BO (31 августа 2012 г.). «Сетевой контекст и отбор в эволюции к специфичности ферментов». Science . 337 (6098): 1101–4. Bibcode :2012Sci...337.1101N. doi :10.1126/science.1216861. PMC 3536066 . PMID  22936779. 
  24. ^ Кракауэр, DC; Плоткин, JB (5 февраля 2002 г.). «Избыточность, антиизбыточность и надежность геномов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (3): 1405–9. Bibcode : 2002PNAS...99.1405K. doi : 10.1073/pnas.032668599 . PMC 122203. PMID  11818563 . 
  25. ^ Taverna, DM; Goldstein, RA (18 января 2002 г.). «Почему белки так устойчивы к мутациям сайтов?». Журнал молекулярной биологии . 315 (3): 479–84. doi :10.1006/jmbi.2001.5226. PMID  11786027.
  26. ^ Tokuriki, N; Tawfik, DS (октябрь 2009 г.). «Эффекты стабильности мутаций и эволюционируемость белков». Current Opinion in Structural Biology . 19 (5): 596–604. doi :10.1016/j.sbi.2009.08.003. PMID  19765975.
  27. ^ Meyerguz, L; Kleinberg, J; Elber, R (10 июля 2007 г.). «Сеть потока последовательностей между белковыми структурами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (28): 11627–32. Bibcode : 2007PNAS..10411627M. doi : 10.1073/pnas.0701393104 . PMC 1913895. PMID  17596339 . 
  28. ^ Karplus, M (17 июня 2011 г.). «За диаграммой складчатой ​​воронки». Nature Chemical Biology . 7 (7): 401–4. doi :10.1038/nchembio.565. PMID  21685880.
  29. ^ Tokuriki, N; Stricher, F; Schymkowitz, J; Serrano, L; Tawfik, DS (22 июня 2007 г.). «Эффекты стабильности мутаций белков, по-видимому, распространяются повсеместно». Journal of Molecular Biology . 369 (5): 1318–32. doi :10.1016/j.jmb.2007.03.069. PMID  17482644. S2CID  24638570.
  30. ^ Шахнович, BE; Дидс, E; Делиси, C; Шахнович, E (март 2005 г.). «Структура белка и эволюционная история определяют топологию пространства последовательностей». Genome Research . 15 (3): 385–92. arXiv : q-bio/0404040 . doi :10.1101/gr.3133605. PMC 551565 . PMID  15741509. 
  31. ^ Монселье, Э.; Чити, Ф. (август 2007 г.). «Предотвращение амилоидоподобной агрегации как движущая сила эволюции белков». EMBO Reports . 8 (8): 737–42. doi :10.1038/sj.embor.7401034. PMC 1978086. PMID  17668004 . 
  32. ^ Fink, AL (1998). «Агрегация белков: складывающиеся агрегаты, тельца включения и амилоид». Folding & Design . 3 (1): R9–23. doi : 10.1016/s1359-0278(98)00002-9 . PMID  9502314.
  33. ^ Ричардсон, Дж. С.; Ричардсон, Д. К. (5 марта 2002 г.). «Естественные белки бета-листа используют отрицательный дизайн, чтобы избежать агрегации от края к краю». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (5): 2754–9. Bibcode : 2002PNAS...99.2754R. doi : 10.1073/pnas.052706099 . PMC 122420. PMID  11880627 . 
  34. ^ Müller MM, Allison JR, Hongdilokkul N, Gaillon L, Kast P, van Gunsteren WF, Marlière P, Hilvert D (2013). «Направленная эволюция модельного первичного фермента дает представление о развитии генетического кода». PLOS Genetics . 9 (1): e1003187. doi : 10.1371/journal.pgen.1003187 . PMC 3536711. PMID  23300488 .  Значок открытого доступа
  35. ^ Фирнберг, Э.; Остермайер, М. (август 2013 г.) . «Генетический код ограничивает, но способствует дарвиновской эволюции». Nucleic Acids Research . 41 (15): 7420–8. doi :10.1093/nar/gkt536. PMC 3753648. PMID  23754851. 
  36. ^ ab Lagha, Mounia; Bothma, Jacques P.; Levine, Michael (2012). «Механизмы транскрипционной точности в развитии животных». Trends in Genetics . 28 (8): 409–416. doi :10.1016/j.tig.2012.03.006. PMC 4257495. PMID  22513408 . 
  37. ^ Перри, Майкл В.; Боеттигер, Алистер Н.; Ботта, Жак П.; Левин, Майкл (2010). «Усилители тени способствуют надежности гаструляции дрозофилы». Current Biology . 20 (17): 1562–1567. doi :10.1016/j.cub.2010.07.043. PMC 4257487. PMID  20797865 . 
  38. ^ Цайтлингер, Джулия; Старк, Александр; Келлис, Манолис; Хонг, Йонг-Ву; Нечаев, Сергей; Адельман, Карен; Левин, Майкл; Янг, Ричард А. (11 ноября 2007 г.). «Остановка РНК-полимеразы на генах контроля развития эмбриона Drosophila melanogaster». Nature Genetics . 39 (12): 1512–1516. doi :10.1038/ng.2007.26. PMC 2824921 . PMID  17994019. 
  39. ^ Ниен, Чунг-И; Лян, Сяо-Лань; Мясник, Стивен; Сунь, Юцзя; Фу, Шэнбо; Гоча, Тензин; Киров, Николай; Манак, Дж. Роберт; Рашлоу, Кристина; Барш, Грегори С. (20 октября 2011 г.). «Временная координация генных сетей Зельды в раннем эмбрионе дрозофилы». ПЛОС Генетика . 7 (10): e1002339. дои : 10.1371/journal.pgen.1002339 . ПМК 3197689 . ПМИД  22028675. 
  40. ^ Мората, Хинес; Риполь, Педро (1975). «Протокол: Мутанты Drosophila, автономно влияющие на скорость деления клеток». Developmental Biology . 42 (2): 211–221. doi :10.1016/0012-1606(75)90330-9. PMID  1116643.
  41. ^ Клаверия, Кристина; Джовинаццо, Джованна; Сьерра, Росио; Торрес, Мигель (10 июля 2013 г.). «Myc-driven эндогенная клеточная конкуренция в раннем эмбрионе млекопитающих». Nature . 500 (7460): 39–44. Bibcode :2013Natur.500...39C. doi :10.1038/nature12389. PMID  23842495. S2CID  4414411.
  42. ^ Санчо, Маргарида; Ди-Грегорио, Аида; Джордж, Нэнси; Поцци, Сара; Санчес, Хуан Мигель; Пернауте, Барбара; Родригес, Тристан А. (2013). «Конкурентные взаимодействия уничтожают непригодные эмбриональные стволовые клетки в начале дифференцировки». Развивающая клетка . 26 (1): 19–30. doi :10.1016/j.devcel.2013.06.012. ПМЦ 3714589 . ПМИД  23867226. 
  43. ^ Xiong, Fengzhu; Tentner, Andrea R.; Huang, Peng; Gelas, Arnaud; Mosaliganti, Kishore R.; Souhait, Lydie; Rannou, Nicolas; Swinburne, Ian A.; Obholzer, Nikolaus D.; Cowgill, Paul D.; Schier, Alexander F. (2013). «Specified Neural Progenitors Sort to Form Sharp Domains after Noisy Shh Signaling». Cell . 153 (3): 550–561. doi :10.1016/j.cell.2013.03.023. PMC 3674856 . PMID  23622240. 
  44. ^ Акиеда, Юки; Огамино, Сёхей; Фуруиэ, Хиронобу; Ишитани, Шизука; Акиёси, Рютаро; Ногами, Дзюмпей; Масуда, Такамаса; Симидзу, Нобуюки; Окава, Ясуюки; Ишитани, Тору (17 октября 2019 г.). «Клеточная конкуренция корректирует шумные градиенты морфогена Wnt для достижения надежного формирования паттерна у эмбрионов рыбок данио». Природные коммуникации . 10 (1): 4710. Бибкод : 2019NatCo..10.4710A. дои : 10.1038/s41467-019-12609-4. ПМК 6797755 . ПМИД  31624259. 
  45. ^ Кесаван, Гокул; Ханс, Стефан; Бранд, Майкл (2019). «Пластичность клеточной судьбы, адгезия и сортировка клеток дополнительно устанавливают резкую границу между средним и задним мозгом» (PDF) . bioRxiv . 147 (11). doi : 10.1101/857870 . PMID  32439756.
  46. ^ Эльдар, Авигдор; Розин, Далия; Шило, Бен-Цион; Баркай, Наама (2003). «Самостоятельная деградация лиганда лежит в основе надежности градиентов морфогена». Developmental Cell . 5 (4): 635–646. doi : 10.1016/S1534-5807(03)00292-2 . PMID  14536064.
  47. ^ Ибаньес, Марта; Бельмонте, Хуан Карлос Исписуа (25 марта 2008 г.). «Теоретические и экспериментальные подходы к пониманию градиентов морфогенов». Молекулярная системная биология . 4 (1): 176. doi :10.1038/msb.2008.14. PMC 2290935. PMID  18364710 . 
  48. ^ Эльдар, Авигдор; Дорфман, Руслан; Вайс, Даниэль; Эш, Хилари; Шило, Бен-Цион; Баркай, Наама (сентябрь 2002 г.). «Надежность градиента морфогена BMP в эмбриональном паттернировании дрозофилы». Nature . 419 (6904): 304–308. Bibcode :2002Natur.419..304E. doi :10.1038/nature01061. PMID  12239569. S2CID  4397746.
  49. ^ Генихович, Григорий; Фрид, Патрик; Прюнстер, М. Мандела; Шинко, Йоханнес Б.; Жиль, Анна Ф.; Фредман, Дэвид; Мейер, Карин; Ибер, Дагмар; Технау, Ульрих (2015). «Формирование осей с помощью BMP: Cnidarian Network Reveals Evolutionary Constraints». Cell Reports . 10 (10): 1646–1654. doi :10.1016/j.celrep.2015.02.035. PMC 4460265 . PMID  25772352. 
  50. ^ Аль Асафен, Хадель; Бандодкар, Прасад У.; Каррелл-Ноэль, София; Ривз, Грегори Т. (2019-08-19). «Надежность градиента дорсального морфогена в отношении дозировки морфогена» (PDF) . doi : 10.1101/739292 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  51. ^ Masel J Siegal ML (2009). «Надежность: механизмы и последствия». Trends in Genetics . 25 (9): 395–403. doi :10.1016/j.tig.2009.07.005. PMC 2770586. PMID  19717203 . 
  52. ^ Wilke, CO; Wang, JL; Ofria, C; Lenski, RE; Adami, C (19 июля 2001 г.). «Эволюция цифровых организмов при высоких скоростях мутаций приводит к выживанию самых плоских» (PDF) . Nature . 412 (6844): 331–3. Bibcode : 2001Natur.412..331W. doi : 10.1038/35085569. PMID  11460163. S2CID  1482925.
  53. ^ Ван Дейк; Ван Моурик, Саймон; Ван Хэм, Руланд CHJ; и др. (2012). «Мутационная устойчивость сетей регуляции генов». ПЛОС ОДИН . 7 (1): e30591. Бибкод : 2012PLoSO...730591V. дои : 10.1371/journal.pone.0030591 . ПМЦ 3266278 . ПМИД  22295094.  Значок открытого доступа
  54. ^ van Nimwegen E, Crutchfield JP, Huynen M (1999). «Нейтральная эволюция мутационной устойчивости». PNAS . 96 (17): 9716–9720. arXiv : adap-org/9903006 . Bibcode :1999PNAS...96.9716V. doi : 10.1073/pnas.96.17.9716 . PMC 22276 . PMID  10449760. 
  55. ^ Монтвиль Р., Фруассар Р., Ремолд СК., Тенайон О., Тернер П.Е. (2005). «Эволюция мутационной устойчивости вируса РНК». PLOS Biology . 3 (11): 1939–1945. doi : 10.1371/journal.pbio.0030381 . PMC 1275523. PMID  16248678 .  Значок открытого доступа
  56. ^ Masel J, Maughan H; Maughan (2007). «Мутации, приводящие к потере способности к спорообразованию у Bacillus subtilis, встречаются достаточно часто, чтобы способствовать генетической канализации». Genetics . 175 (1): 453–457. doi :10.1534/genetics.106.065201. PMC 1775008 . PMID  17110488. 
  57. ^ ab Bloom, JD; Lu, Z; Chen, D; Raval, A; Venturelli, OS; Arnold, FH (17 июля 2007 г.). "Эволюция благоприятствует мутационной устойчивости белков в достаточно больших популяциях". BMC Biology . 5 : 29. arXiv : 0704.1885 . Bibcode :2007arXiv0704.1885B. doi : 10.1186/1741-7007-5-29 . PMC 1995189 . PMID  17640347.  Значок открытого доступа
  58. ^ ab Берштейн, Шимон; Голдин, Корина; Тауфик, Дэн С. (июнь 2008 г.). «Интенсивные нейтральные дрейфы дают надежные и эволюционируемые консенсусные белки». Журнал молекулярной биологии . 379 (5): 1029–1044. doi :10.1016/j.jmb.2008.04.024. PMID  18495157.
  59. ^ Meiklejohn CD, Hartl DL (2002). «Единственный способ канализации». Trends in Ecology & Evolution . 17 (10): 468–473. doi :10.1016/s0169-5347(02)02596-x.
  60. ^ Ancel LW, Fontana W (2000). «Пластичность, эволюционируемость и модульность в РНК». Журнал экспериментальной зоологии . 288 (3): 242–283. CiteSeerX 10.1.1.43.6910 . doi :10.1002/1097-010X(20001015)288:3<242::AID-JEZ5>3.0.CO;2-O. PMID  11069142. 
  61. ^ Szöllősi GJ, Derényi I (2009). «Конгруэнтная эволюция генетической и экологической устойчивости в микроРНК». Молекулярная биология и эволюция . 26 (4): 867–874. arXiv : 0810.2658 . doi : 10.1093/molbev/msp008. PMID  19168567. S2CID  8935948.
  62. ^ Вагнер ГП, Бут Г, Багери-Чайчиан Х (1997). «Популяционно-генетическая теория канализации». Эволюция . 51 (2): 329–347. doi :10.2307/2411105. JSTOR  2411105. PMID  28565347.
  63. ^ Lehner B (2010). «Гены придают дрожжам схожую устойчивость к экологическим, стохастическим и генетическим возмущениям». PLOS ONE . 5 (2): 468–473. Bibcode : 2010PLoSO...5.9035L. doi : 10.1371/journal.pone.0009035 . PMC 2815791. PMID  20140261 .  Значок открытого доступа
  64. ^ ab Draghi, Jeremy A.; Parsons, Todd L.; Wagner, Günter P.; Plotkin, Joshua B. (2010). «Мутационная устойчивость может способствовать адаптации». Nature . 463 (7279): 353–5. Bibcode :2010Natur.463..353D. doi :10.1038/nature08694. PMC 3071712 . PMID  20090752. 
  65. ^ ab Wagner, A. (2008). «Надежность и эволюционируемость: решенный парадокс». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 275 (1630): 91–100. doi :10.1098/rspb.2007.1137. JSTOR 25249473.  PMC 2562401. PMID 17971325  . 
  66. ^ Masel J, Trotter MV (2010). «Надежность и эволюционируемость». Trends in Genetics . 26 (9): 406–414. doi :10.1016/j.tig.2010.06.002. PMC 3198833. PMID  20598394 . 
  67. ^ ab Aldana; Balleza, E; Kauffman, S; Resendiz, O; et al. (2007). «Надежность и эволюционируемость в генетических регуляторных сетях». Журнал теоретической биологии . 245 (3): 433–448. Bibcode : 2007JThBi.245..433A. doi : 10.1016/j.jtbi.2006.10.027. PMID  17188715.
  68. ^ Эбнер, Марк; Шеклтон, Марк; Шипман, Роб (2001). «Как нейтральные сети влияют на способность к развитию». Сложность . 7 (2): 19–33. Bibcode : 2001Cmplx...7b..19E. doi : 10.1002/cplx.10021.
  69. ^ Бабаджиде; Хофакер, ИЛ; Сиппл, МДж; Штадлер, ПФ; и др. (1997). «Нейтральные сети в пространстве белков: вычислительное исследование, основанное на потенциалах средней силы, основанных на знаниях». Folding & Design . 2 (5): 261–269. doi : 10.1016/s1359-0278(97)00037-0 . PMID  9261065.
  70. ^ ван Нимвеген и Кратчфилд (2000). «Метастабильная эволюционная динамика: преодоление барьеров приспособленности или побег через нейтральные пути?». Бюллетень математической биологии . 62 (5): 799–848. arXiv : adap-org/9907002 . doi : 10.1006/bulm.2000.0180. PMID  11016086. S2CID  17930325.
  71. ^ Ciliberti; et al. (2007). «Инновации и надежность в сложных регуляторных генных сетях». Труды Национальной академии наук США . 104 (34): 13591–13596. Bibcode : 2007PNAS..10413591C. doi : 10.1073/pnas.0705396104 . PMC 1959426. PMID  17690244 . 
  72. ^ Андреас Вагнер (2008). «Нейтрализм и селекционизм: сетевое примирение» (PDF) . Nature Reviews Genetics . 9 (12): 965–974. doi :10.1038/nrg2473. PMID  18957969. S2CID  10651547.
  73. ^ Rajon, E.; Masel, J. (18 января 2013 г.). «Компенсаторная эволюция и истоки инноваций». Genetics . 193 (4): 1209–1220. doi :10.1534/genetics.112.148627. PMC 3606098 . PMID  23335336. 
  74. ^ Bloom; et al. (2006). «Стабильность белка способствует эволюционируемости». Труды Национальной академии наук . 103 (15): 5869–74. Bibcode : 2006PNAS..103.5869B. doi : 10.1073/pnas.0510098103 . PMC 1458665. PMID  16581913 . 
  75. ^ Waddington CH (1957). Стратегия генов . Джордж Аллен и Анвин.
  76. ^ Masel, J. (30 декабря 2005 г.). «Криптическая генетическая изменчивость обогащается для потенциальных адаптаций». Genetics . 172 (3): 1985–1991. doi :10.1534/genetics.105.051649. PMC 1456269 . PMID  16387877. 
  77. ^ Masel, J (30 сентября 2013 г.). "Вопросы и ответы: Эволюционная емкость". BMC Biology . 11 : 103. doi : 10.1186/1741-7007-11-103 . PMC 3849687. PMID  24228631 .  Значок открытого доступа
  78. ^ Бьянко, Симоне (01.04.2022). «Искусственный интеллект: лучший друг биоинженеров». GEN Biotechnology . 1 (2). Мэри Энн Либерт : 140–141. doi : 10.1089/genbio.2022.29027.sbi. ISSN  2768-1572. S2CID  248313305.
  79. ^ Вайшнав Э.Д., де Бур К.Г., Молине Дж., Яссур М., Фан Л., Адиконис X, Томпсон Д.А., Левин Дж.З., Кубильос Ф.А., Регев А. (март 2022 г.). «Эволюция, эволюционность и инженерия генной регуляторной ДНК». Природа . 603 (7901): 455–463. Бибкод : 2022Natur.603..455V. дои : 10.1038/s41586-022-04506-6. ПМЦ 8934302 . ПМИД  35264797.