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分析暴露于波动环境中的表型结构种群的表观遗传变化动力学。 (英语) Zbl 1343.92320号

摘要:进化生物学中一个持久的难题是理解个体和种群如何适应波动的环境。在这里,我们提出了一个表型结构种群适应性动态的积分-微分模型,该种群的适应度景观因周期性环境振荡而随时间演化。我们模型的分析可处理性允许对基因表达、环境变化和自然选择中可遗传变异的相对贡献进行系统研究,作为表型适应的驱动因素。我们表明,环境波动可以诱导种群进入不稳定和波动驱动的表观遗传状态。我们证明,这可能引发人口规模的波动,并且我们建立了这种波动的完整特征。此外,我们的分析结果为以下说法提供了正式依据:较高的表观突变率可以带来较高水平的种群内异质性,而强烈的选择压力可以耗尽无性种群表型库中的变异。最后,我们的工作说明了表型变异率和环境振荡频率之间的强大协同作用如何导致种群规模的动态变化,并确定了在波动环境中促进种群规模最大化的可能生态条件。

MSC公司:

92D10型 遗传学和表观遗传学
92D15型 与进化有关的问题
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参考文献:

[1] Acar,M。;Mettetal,J.T。;van Oudenaarden,A.,波动环境中作为生存策略的随机切换,自然遗传学。,40, 471-475 (2008)
[2] 亚瑟·W·。;Farrow,M.,《蜈蚣节段数量的变化模式,作为进化中发育限制的一个例子》,J.Theor。生物学,200183-191(1999)
[3] 阿什克罗夫特,P。;Altrock,P.M。;Galla,T.,在波动环境中进化的有限种群中的固定,J.R.Soc.Interface,1120140663(2014)
[4] Avery,S.V.,《微生物细胞的个体性和异质性的潜在来源》,《国家微生物学评论》。,4, 577-587 (2006)
[5] 贝克尔,C。;哈格曼,J。;穆勒,J。;Koenig,D。;斯特格尔,O。;Borgwardt,K.,《拟南芥甲基组的自发表观遗传变异》,《自然》,480,245-249(2011)
[6] Bouin,E。;Calvez,V.,《甘蔗蟾蜍有界性状方程的行波》,非线性,272233(2014)·Zbl 1301.35187号
[7] Bouin,E。;卡尔韦斯,V。;Meunier,N。;Mirrahimi,S。;伯沙姆,B。;Raoul,G.,《具有可变运动性的入侵前沿:表型选择、空间排序和波加速》,C.R.数学。,350, 761-766 (2012) ·Zbl 1253.35186号
[8] 布罗克,A。;Chang,H。;Huang,S.,《非遗传异质性——肿瘤体细胞进化的非突变驱动力》,《自然遗传学评论》。,10, 336-342 (2009)
[9] 加利福尼亚州。;库亚拉多,S。;Desvillettes,L。;Raoul,G.,小突变率选择-突变方程稳态的渐近性,Soc.Edinb。A、 1431123-1146(2013)·Zbl 1293.35341号
[10] 卡萨德斯,J。;Low,D.,细菌世界的表观基因调控,微生物。分子生物学。修订版,70,830-856(2006)
[11] 北卡罗来纳州香槟。;费里埃,R。;ben Arous,G.,《自适应动力学的正则方程:数学观点》,《选择》,273-83(2001)
[12] 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
[13] Chevin,L.-M。;加勒特,R。;Gomulkiewicz,R。;霍尔特,R.D。;Fellous,S.,进化救援实验中的表型可塑性,Philos。事务处理。R.Soc.B生物。科学。,368, 20120089 (2013)
[14] Chisholm,R.H。;Lorenzi,T。;洛兹,A。;Larsen,A.K。;Neves de Almeida,L。;Escargueil,A.,《癌细胞群中药物耐受的出现:选择、非遗传不稳定性和应激诱导适应的进化结果》,《癌症研究》,75,930-939(2015)
[16] Delitala,M。;Lorenzi,T.,治疗作用下癌肝细胞动力学的数学模型,J.Theor。生物学,297,88-102(2012)·Zbl 1336.92037号
[17] Delitala,M。;美国Dianzani。;Lorenzi,T。;Melensi,M.,T细胞介导的免疫和自身免疫反应的数学模型,计算。数学。申请。,66, 1010-1023 (2013)
[18] Desvillettes,L。;杰宾,体育。;Mischler,S。;Raoul,G.,《关于连续结构种群的选择动力学》,Commun。数学。科学。,6, 729-747 (2008) ·兹比尔1176.45009
[19] 多诺霍,M.J。;Ree,M.,《同源性和发育约束:植物模型和实例》,Am.Zool,40,759-769(2000)
[20] 杜布瑙,D。;Losick,R.,《细菌的双稳态》,《微生物分子》。,61, 564-572 (2006)
[21] 甘德,M.J。;马扎,C。;Rummler,H.,切换环境中的随机基因表达,J.Math。生物学,55,259-294(2007)·Zbl 1125.92044号
[22] Gupta,P.B。;菲尔莫尔,C.M。;江,G。;夏皮拉,S.D。;Tao,K。;Kuperwasser,C.,《随机状态转换导致癌细胞群体的表型平衡》,《细胞》,146,633-644(2011)
[23] Klironomos,J.N。;艾伦,M.F。;马提亚斯,C.R。;Piotrowski,J。;Makvandi-Nejad,S。;Wolfe,B.E.,大气中的突然上升高估了模式植物-土壤系统中的群落反应,《自然》,433621-624(2005)
[24] 库塞尔,E。;Leibler,S.,波动环境中的表型多样性、人口增长和信息,《科学》,3092075-2078(2005)
[25] 库塞尔,E。;基松尼(Kishony,R.)。;新泽西州巴拉班。;Leibler,S.,《细菌持久性:变化环境中的生存模型》,《遗传学》,1691807-1814(2005)
[26] 拉赫曼,M。;Jablonka,E.,《表型的遗传:对波动环境的适应》,J.Theor。《生物学》,181,1-9(1996)
[27] 拉兰,K。;Uller,T。;费尔德曼,M。;斯特尔尼,K。;穆勒,G.B。;Moczek,A.,进化论需要重新思考吗?,《自然》,514,161-164(2014)
[28] 拉维,O。;格林,J。;利维,D。;Gottesman,M.,《简化转移癌中耐药性异质性的复杂性》,《分子医学趋势》,第20期,第129-136页(2014年)
[29] 洛兹,A。;Mirrahimi,S。;Perthame,B.,多维非局部抛物方程中的Dirac质量动力学,Commun。第部分。不同。Equ.、。,36, 1071-1098 (2011) ·Zbl 1229.35113号
[30] Lorz,A。;Lorenzi,T。;Hochberg,M.E。;Clairambault,J。;Pertham,B.,《种群适应性进化、化疗耐药性和多种抗癌治疗》,ESAIM-Math。型号编号。,47, 377-399 (2013) ·Zbl 1274.92025号
[31] Mirrahimi,S。;伯沙姆,B。;Souganidis,P.E.,《适应动力学种群模型中的时间波动》,Ann.I.H.Poincaré-AN,32,41-58(2015)·Zbl 1312.35011号
[32] Perthame,B.公司。;Barles,G.,印地安那大学数学系Lotka-Volterra抛物线PDE中的Dirac浓度。J.,57,3275-3301(2008)·Zbl 1172.35005号
[33] 皮斯科,A.O。;布罗克,A。;周,J。;摩尔,A。;Mojtahedi,M。;Jackson,D.,《治疗诱导的癌症耐药中的非达尔文动力学》,美国国家通讯社。,4, 3467 (2013)
[34] Raoul,G.,《选择和消失突变下种群的长期进化》,《应用学报》。数学。,114, 1-14 (2011) ·Zbl 1213.35112号
[36] Servedio,M.R。;布兰德万,Y。;Dhole,S。;菲茨帕特里克,C.L。;Goldberg,E.E。;Stern,C.A.,《数学模型在进化生物学中的应用》,《公共科学图书馆·生物学》。,12、12、e1002017(2014)
[37] 夏尔马,S.V。;Lee,D.Y.博士。;李,B。;昆兰,M.P。;高桥,F。;Maheswaran,S.,《癌细胞亚群中染色质介导的可逆药物耐受状态》,《细胞》,14169-80(2010)
[38] 斯蒂尔,T。;Baran,N。;Ho,A.D。;Marciniak-Czochra,A.,《急性白血病的克隆选择和治疗耐药性:数学模型解释了诊断和复发时的不同增殖模式》,J.R.Soc.Interface,11,94,20140079(2014)
[39] Thattai,M。;van Oudenaarden,A.,波动环境中的随机基因表达,遗传学,167,523-530(2004)
[40] Wallace,A.,《进化发育生物学的新兴概念框架》,《自然》,415757-764(2002)
[41] Wolf,D.M。;瓦齐拉尼,V.V。;Arkin,A.P.,《逆境中的多样性:微生物生存游戏中的概率策略》,J.Theor。生物学,234227-253(2005)·Zbl 1445.92306号
[42] Yampolsky,L.Y。;Stoltzfus,A.,《将变异作为进化中的定向因素引入的偏见》,Evol。发展,3,73-83(2001)
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