×

各向异性表型特征景观中的适应动力学。 (英文) Zbl 1437.35670号

摘要:我们研究了在各向异性突变和选择效应下,大型无性种群在n维表型空间中的适应动力学。当(n=1)或在各向同性假设下,“复制-变异”方程是描述这些动力学的标准模型。然而,一维各向异性情况在很大程度上仍未被探索。
我们在这里证明了方程有一个唯一的解,即表型分布,并且我们提出了一个新的通用框架来研究这个解的定量行为。我们的方法建立在由“适应度分量”分布满足的退化非局部抛物方程和由这些分量联合分布的累积量母函数满足的非局部传输方程的基础上。最后一个方程可以解析求解,然后我们得到平均适应度和适应度分布的所有较高累积量随时间变化的轨迹的通用公式。这种平均适应度轨迹是实验进化适应性实证研究的典型结果,因此可以与经验数据进行比较。
与基于各向同性模型的已知结果形成鲜明对比的是,我们的结果表明,平均适应度的轨迹在收敛之前可能会出现(n-1)个平台。因此,即使存在表型最优,它也可能在短暂但可能很长时间内出现“非饱和”。为了说明这些结果的经验相关性,我们表明各向异性模型非常适合大肠杆菌长期进化实验,该实验是实验进化中最著名的实验数据集之一。在这个实验中观察到的两个“进化时代”长期以来一直困扰着社区:我们认为这种模式可能只是源于爬山过程,但在各向异性的适应环境中。

MSC公司:

92年第35季度 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
92D15型 与进化有关的问题
35A01型 偏微分方程的存在性问题:全局存在、局部存在、不存在
35K65型 退化抛物方程
35克49 输运方程
92D25型 人口动态(一般)
92立方厘米15 发育生物学,模式形成
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 内政部

参考文献:

[1] 罗森茨威格,F。;Sherlock,G.,《实验进化:前景与挑战》,《基因组学》,104,v(2014)
[2] Gerrish,P.J。;Sniegowski,P.D.,《近期演化的实时预测》,J.R.Soc.Interface,92268-2278(2012)
[3] 斯尼戈夫斯基,P.D。;Gerrish,P.J.,《无性生殖群体中的有益突变和适应动力学》,Philos。事务处理。R.Soc.B,3651255-1263(2010)
[4] 阿尔法罗,M。;Carles,R.,《复制因子-变异因子方程的显式解:灭绝与加速》,SIAM J.Appl。数学。,74, 1919-1934 (2014) ·Zbl 1334.92286号
[5] 吉尔,M.-E。;哈默尔,F。;马丁·G。;Roques,L.,来自群体遗传学的一类积分微分模型的数学性质,SIAM J.Appl。数学。,77, 1536-1561 (2017) ·Zbl 1378.35007号
[6] 尖岭,L.S。;莱文,H。;Kessler,D.A.,通过适应度空间模型的RNA病毒进化,Phys。修订稿。,76, 4440-4443 (1996)
[7] 阿尔法罗,M。;Carles,R.,具有二次适应度的复制-变异方程,Proc。阿默尔。数学。Soc.,145,5315-5327(2017)·Zbl 1376.92037号
[8] 北卡罗来纳州香槟。;费里埃,R。;Méléard,S.,《统一进化动力学:从单个随机过程到宏观模型》,Theor。大众。《生物学》,69,297-321(2006)·Zbl 1118.92039号
[9] Kryazhimskiy,S。;特卡奇克,G。;Plotkin,J.B.,相关健身景观的适应动力学,Proc。国家。阿卡德。科学。,106, 18638-18643 (2009)
[10] 埃琳娜,S。;Sanjuán,R.,攀登每一座山?,《科学》,302,2074-2075(2003)
[11] 马丁·G。;Lenormand,T.,突变在环境中的适应度效应:具有多重最优的Fisher几何模型,进化,6911433-1447(2015)
[12] Tenaillon,O.,《费希尔几何模型在进化遗传学中的应用》,年。经济评论。进化。系统。,45, 179-201 (2014)
[13] Martin,G.,Fisher的几何模型是复杂综合表型网络的一种特性,遗传学,197,237-255(2014)
[14] 马丁·G。;埃琳娜,S.F。;Lenormand,T.,微生物上位性分布符合适应度景观模型的预测,《自然遗传学》。,39, 555-560 (2007)
[15] Schoustra,S。;黄,S。;Krug,J。;de Visser,J.A.G.,Diminishing在多细胞真菌的随机有益突变中逆转上位性,Proc。R.Soc.B,283,第20161376页(2016年)
[16] 佩尔菲托,L。;Sousa,A。;巴塔利隆,T。;Gordo,I.,《健康下降率和反弹率表明普遍的上位性,进化》,68,150-162(2014)
[17] 马丁·G。;Lenormand,T.,《跨环境突变的适应度效应:基于适应度景观模型的调查》,《进化》,第60期,第2413-2427页(2006年)
[18] 弗雷塞,C。;Welch,J.J.,《简单健身景观上上位性的分布》,生物学。莱特。,15,文章20180881 pp.(2019)
[19] Wiser,M.J。;Ribeck,N。;Lenski,R.E.,《无性繁殖种群适应的长期动态》,《科学》,1364-1367(2013)
[20] 很好,B.H。;Desai,M.M.,《宏观上位性对长期进化动力学的影响》,遗传学,85,177-190(2015)
[21] 诺维拉,I.S。;Duarte,E.A。;埃琳娜,S.F。;Moya,A。;多明戈,E。;Holland,J.J.,《大规模传播期间RNA病毒适应度指数增加》,Proc。国家。阿卡德。科学。,92, 5841-5844 (1995)
[22] de Crécy-Lagard,V.A。;贝拉鲁,J。;穆策尔,R。;Marlière,P.,《微生物种群对永久代谢约束的长期适应:通过大肠杆菌的实验进化克服无胸腺死亡》,BMC生物技术。,1, 10 (2001)
[23] Fong,S.S。;B.Palsson。,大肠杆菌代谢基因缺失菌株进化为计算预测的生长表型,自然基因。,36, 1056-1058 (2004)
[24] 拉克罗瓦共和国。;桑德伯格,t.E。;O'Brien,E.J。;Utrilla,J。;易卜拉欣,A。;古兹曼,G.I。;苏宾,R。;Palsson,B.O。;Feist,A.M.,《利用适应性实验室进化发现关键突变,使大肠杆菌K-12 MG1655在最低葡萄糖培养基上快速生长》,Appl。环境。微生物。,81, 17-30 (2015)
[25] Lenski,R.E。;Travisano,M.,《适应和多样化的动力学:细菌种群的10000代实验》,Proc。国家。阿卡德。科学。,91, 6808-6814 (1994)
[26] 阿尔法罗,M。;Veruete,M.,《通过复制因子-变异因子方程的进化分支》,J.Dynam。微分方程,1-24(2018)
[27] 马丁·G。;Roques,L.,《适应度分布的非平稳动力学:具有上位性和站立变异的无性模型》,《遗传学》,2041541-1558(2016)
[28] Waxman,D。;Peck,J.R.,《多效性与完美保存》,《科学》,2791210-1213(1998)
[29] 吉尔,M.-E。;哈默尔,F。;马丁·G。;Roques,L.,表型最优存在下的适应度分布动力学:积分-微分方法,非线性,32,第3485条pp.(2019)·Zbl 1419.35190号
[30] 马丁·G。;Lenormand,T.,Fisher几何模型的一般多元扩展和突变适应度效应在物种之间的分布,进化,60893-907(2006)
[31] Barles,G。;Mirrahimi,S。;Perthame,B.,Lotka-Volterra抛物或积分方程中的浓度:一般收敛结果,方法应用。分析。,16, 321-340 (2009) ·兹比尔1204.35027
[32] O.迪克曼。;杰宾,体育。;Mischler,S。;佩瑟姆,B.,《适应的动力学:一个启发性的例子和哈密尔顿-雅各比方法》,Theor。大众。生物学,67,257-271(2005)·Zbl 1072.92035号
[33] 甘顿,S。;Mirrahimi,S.,描述异质环境中具有非消失突变效应的进化平衡的Hamilton-Jacobi方法,C.R.Math。,355, 155-160 (2017) ·Zbl 1366.92104号
[34] Lorz,A。;米尔拉希米,S。;Perthame,B.,多维非局部抛物方程中的Dirac质量动力学,Comm.偏微分方程,361071-1098(2011)·Zbl 1229.35113号
[35] 伯沙姆,B。;Barles,G.,印地安那大学数学系Lotka-Volterra抛物线PDE中的Dirac浓度。J.,3275-3301(2008)·Zbl 1172.35005号
[36] Lenski,R.E。;Rose,M.R。;辛普森,S.C。;Tadler,S.C.,《大肠杆菌的实验进化》。I.2000代的适应和分化,Amer。Nat.,1381315-1341(1991)
[37] Hislop,医学博士。;Sigal,I.M.,《谱理论导论:Schrödinger算子的应用》,第113卷(2012),Springer科学与商业媒体
[38] Baake,E。;卡萨诺娃,A.G。;Probst,S。;Wakolbinger,A.,建模和模拟Lenski的长期进化实验,Theor。大众。生物学,127,58-74(2019)·Zbl 1415.92128号
[39] 卡萨诺娃,A.G。;库尔特,北。;Wakolbinger,A。;Yuan,L.,Lenski实验的基于个体的模型,以及相对适应度的减速,随机过程。申请。,126, 2211-2252 (2016) ·Zbl 1358.92068号
[40] Aronson,D.G。;Besala,P.,无界系数抛物方程,J.微分方程,3,1-14(1967)·Zbl 0149.06804号
[41] Lunardi,A.,关于\(\mathbb{R}^n\)中系数无界的线性椭圆和抛物问题的Schauder定理,Studia Math。,128, 171-198 (1998) ·Zbl 0899.35014号
[42] 普罗特,M.H。;Weinberger,H.F.,《微分方程中的最大值原理》(1967),普伦蒂斯·霍尔:普伦蒂斯霍尔·恩格尔伍德·克利夫斯,新泽西州·Zbl 0153.13602号
[43] 弗里德曼,A.,抛物型偏微分方程(1964),普伦蒂斯·霍尔:普伦蒂斯霍尔·恩格尔伍德·克利夫斯,新泽西州·Zbl 0144.34903号
[44] Yakymiv,A.L.,矩母函数柯蒂斯定理的推广,数学。注释,90,920-924(2011)·Zbl 1294.60046号
[45] Roques,L.,《Réles de Réaction diffusion pour L’Ecologie Spatiale》(2013年),《Quae杂志》
[46] Turchin,P.,《运动的定量分析:动物和植物种群再分布的测量和建模》(1998年),西努埃尔:西努埃尔-桑德兰,马萨诸塞州
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。