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随机环境中的表型转换和突变。 (英语) Zbl 1237.92047号

总结:当环境发生变化时,细胞群体可以从表型的改变中受益。产生这些变化的一种机制是随机表型转换,即细胞根据遗传决定的速率随机地从一种表型转换到另一种表型,与当前环境无关,表型与环境的匹配由选择压力决定。这种机制已经在许多情况下被观察到,但确定转换率和环境变化之间的精确联系仍然是一个悬而未决的问题。
我们引入了一个简单的模型来研究受随机环境冲击的有限种群中表型转换的演化。我们比较了具有不同转换率的竞争基因型的成功率,并分析了最佳转换率如何依赖于环境变化的频率。如果环境变化像突变一样罕见,那么最佳切换速率将模拟环境变化速率。如果环境变化更频繁,那么最佳基因型要么在更常见的环境中最大限度地支持适应性,要么对每个表型的转换率最大。我们的结果也解释了为什么在每个环境中,最优值对适应度相对不敏感。

MSC公司:

92D15型 与进化有关的问题
92立方37 细胞生物学
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参考文献:

[1] Acar,M.、Mettetal,J.T.和;van Oudenaarden,A.(2008)。随机切换是波动环境中的一种生存策略。自然遗传学。,40, 471–475. ·doi:10.1038/ng.110
[2] Avery,S.V.(2006)。微生物细胞的个性和异质性的潜在来源。自然修订版,微生物。,4, 577–587. ·doi:10.1038/nrmicro1460
[3] Balaban,N.Q.、Merrin,J.、Chait,R.、Kowalik,L.和;Leibler,S.(2004)。细菌持久性作为表型转换。科学,3051622-1625·doi:10.1126/science.1099390
[4] Ben-Porath,E.、Dekel,E.和;Rustichini,A.(1993)。在不断变化的环境中,突变率和生长率之间的关系。游戏经济。行为。,5, 576–603. ·Zbl 0804.92017年 ·doi:10.1006/游戏.1993.1032
[5] Bürger,R.、Willensdorfer,M.和;Nowak,M.A.(2006年)。为什么表型突变率远高于基因型突变率?遗传学,172197-206·doi:10.1534/genetics.105.046599
[6] 科恩·D(1966)。在随机变化的环境中优化复制。J.西奥。《生物学》,第12期,第119-129页·doi:10.1016/0022-5193(66)90188-3
[7] DeWitt,T.J.、Sih,A.和;Wilson,D.S.(1998)。表型可塑性的成本和限制。经济趋势。Evol.公司。,13, 77–81. ·doi:10.1016/S0169-5347(97)01274-3
[8] Donaldson-Matasci,M.C.、Lachmann,M.和;Bergstrom,C.T.(2008)。表型多样性是对环境不确定性的适应。进化。经济。决议,10493–515。
[9] Fiedler,M.(1986年)。特殊矩阵及其在数值数学中的应用。多德雷赫特:马丁努斯·尼霍夫·兹比尔0677.65019
[10] Foster,D.和;Young,P.(1990)。随机进化博弈动力学。西奥。大众。生物学,38,219–232·Zbl 0703.92015号 ·doi:10.1016/0040-5809(90)90011-J
[11] Freidlin,M.I.和;Wentzell,A.D.(1998年)。动力系统的随机扰动(第二版)。纽约:斯普林格·Zbl 0922.60006号
[12] Fudenberg,D.,&;Harris,C.(1992年)。具有总冲击的演化动力学。《经济学杂志》。理论,57,420–441·Zbl 0766.92012号 ·doi:10.1016/0022-0531(92)90044-I
[13] Fudenberg,D.,&;Imhof,L.A.(2006年)。具有微小突变的模拟过程。《经济学杂志》。理论,131251-262·Zbl 1142.91342号 ·doi:10.1016/j.jet.2005.04.006
[14] Fudenberg,D.,&;Imhof,L.A.(2008)。大群体中的单调模仿动力学。《经济学杂志》。理论,140229-245·Zbl 1136.91328号 ·doi:10.1016/j.jet.2007.08.002
[15] Fudenberg,D.,&;莱文·D·K(1998)。游戏学习理论。剑桥:麻省理工学院出版社·Zbl 0939.91004号
[16] Fudenberg,D.、Nowak,M.A.、Taylor,C.和;Imhof,L.A.(2006年)。强选择弱变异有限种群的进化博弈动力学。西奥。大众。生物,70352-363·兹比尔1112.92044 ·doi:10.1016/j.tpb.2006.07.006
[17] Gillespie,J.H.(1974)。后代数世代内变异的自然选择。遗传学,76601-606。
[18] Harmer、G.P.和;Abbott,D.(2002)。对Parrondo悖论的回顾。Fluct公司。噪声Lett。,2,R71–R107·doi:10.1142/S0219477502000701
[19] Ibba,M.和;Söll,D.(1999)。翻译过程中的质量控制机制。科学,2861893-1897·数字对象标识代码:10.1126/science.286.5446.1893
[20] Imhof,L.A.、Fudenberg,D.和;Nowak,M.A.(2005年)。合作与背叛的演变周期。程序。国家。阿卡德。科学。美国,10210797–10800·doi:10.1073/pnas.0502589102
[21] 石井,K.,松田,H.,岩沙,Y.,&Sasaki,A.(1989)。在周期性变化的环境中进化稳定的突变率。遗传学,121163-174。
[22] Jablonka,E.,Oborny,B.,Molnár,I.,Kisdi,E。,霍夫鲍尔(Hofbauer,J.);Czárán,T.(1995)。表型记忆在不断变化的环境中的适应性优势。菲洛斯。事务处理。R.Soc.伦敦。序列号。B、 350、133–141·doi:10.1098/rstb.1995.0147
[23] Kandori,M.、Mailath,G.J.和;Rob,R.(1993)。游戏中的学习、变异和长期平衡。《计量经济学》,第61、29–56页·Zbl 0776.90095号 ·doi:10.2307/2951777
[24] Kimura,M.(1967年)。关于自发突变率的进化调整。遗传学。决议,9,23-34·doi:10.1017/S0016672300010284
[25] King、O.D.和;Masel,J.(2007)。对罕见场景进行边缘化调整的演变。西奥。大众。生物学,72560–575·Zbl 1141.92031号 ·doi:10.1016/j.tpb.2007.08.006
[26] Kussell,E.和;Leibler,S.(2005)。表型多样性、种群增长和波动环境中的信息。科学,3092075-2078·doi:10.1126/科学.1114383
[27] Kussell,E.、Kishony,R.、Balaban,N.Q.和;Leibler,S.(2005)。细菌持久性:在不断变化的环境中生存的模型。遗传学,1691807-1814·doi:10.1534/genetics.104.035352
[28] Lachmann,M.和;Jablonka,E.(1996年)。表型的遗传:对波动环境的适应。J.西奥。生物学,181,1-9·doi:10.1006/jtbi.1996.0109
[29] Leigh,E.(1970)。自然选择和变异。美国国家统计局,104,301–305·数字对象标识代码:10.1086/282663
[30] Levins,R.(1968年)。不断变化的环境中的演变。普林斯顿:普林斯顿大学出版社。
[31] Livnat,A.、Pacala,S.W.和;莱文,S.A.(2005)。后代质量代际折扣的演变。《美国国家报》,165、311–321·数字对象标识代码:10.1086/428294
[32] Maamar,H.、Raj,A.和;Dubnau,D.(2007)。基因表达中的噪声决定了枯草芽孢杆菌的细胞命运。科学,317,526–529·数字对象标识代码:10.1126/science.1140818
[33] 菲利普·T·;Seger,J.(1989)。再次回顾对冲进化赌注。经济趋势。Evol.公司。,第4页,第41-44页·doi:10.1016/0169-5347(89)90138-9
[34] Rosenberg,S.M.(2001)。进化反应:适应性突变。《遗传学自然评论》。,2, 504–515. ·doi:10.1038/35080556
[35] Samuelson,L.(1997)。进化博弈与均衡选择。剑桥:麻省理工学院出版社·Zbl 0953.91500号
[36] Sandholm,W.(2009)。进化博弈论。R.A.Meyers(编辑),《复杂性和系统科学百科全书》(第3176-3205页)。柏林:斯普林格。
[37] Slatkin,M.(1974年)。对冲进化的赌注。《自然》,250,704–705。
[38] Stumpf,M.P.H.,Laidlaw,Z.,&;Jansen,V.A.(2002)。疱疹病毒对冲了他们的赌注。程序。国家。阿卡德。科学。美国,99,15234–15237·doi:10.1073/pnas.232546899
[39] Süel,G.M.、Kulkarni,R.P.、Dworkin,J.、Garcia-Ojalvo,J.和;Elowitz,M.B.(2007年)。微分动力学中的可调谐性和噪声依赖性。科学,3151716-1719·doi:10.1126/science.1137455
[40] Thattai,M.和;van Oudenaarden,A.(2004)。波动环境中的随机基因表达。遗传学,167523-530·doi:10.1534/genetics.167.1.523
[41] Thomas,M.J.、Platas,A.A.和;Hawley,D.K.(1998)。RNA聚合酶II的转录保真度和校对。手机,93、627–637·doi:10.1016/S0092-8674(00)81191-5
[42] 没错,H.L.,&Lindquist,S.L.(2000年)。酵母朊病毒提供了遗传变异和表型多样性的机制。《自然》,407477-483·doi:10.1038/35035005
[43] Tuljapurkar,S.(1990年)。可变环境中的人口动态。纽约:斯普林格·Zbl 2014年4月7日
[44] Wu,B.、Gokhale,C.S.、Wang,L.和;Traulsen,A.(2011年)。小突变率有多小?数学杂志。生物,即将出现·Zbl 1260.91025号
[45] Young,H.P.(1993)。惯例的演变。计量经济学,61,57–84·Zbl 0773.90101号 ·doi:10.2307/2951778
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