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定量生物学 > 种群与进化

arXiv:2508.21806 (q-bio)
[提交于 2025年8月29日 ]

标题: 集体编码信息中的错误抑制

标题: Suppression of errors in collectively coded information

Authors:Martin J. Falk, Leon Zhou, Yoshiya J. Matsubara, Kabir Husain, Jack W. Szostak, Arvind Murugan
摘要: 现代生活主要通过单个物理完整分子的复制将遗传信息从母亲传给女儿,这些分子编码了信息。 然而,复制一个长分子需要高度过程性的复制机制和高保真度,这种保真度随着基因组大小的增加而提高,以避免错误灾难。 在这里,我们探讨了一种替代架构——虚拟环状基因组中的保真度要求,在这种架构中,没有一个物理分子编码完整的遗传信息。 相反,信息是在重叠和相互作用的片段集合中编码和传递的。 使用一个复杂的DNA寡核苷酸混合物模型实验系统,这些寡核苷酸可以部分退火并彼此延伸,我们发现突变的寡核苷酸相对于没有集体编码的模型被抑制了。 通过模拟和理论分析,我们表明这种突变体的抑制可以通过对有效结合伙伴的竞争来解释。 因此,即使突变率高于物理完整基因组的错误灾难阈值,信息也可以在虚拟环状基因组中稳健地传播。
摘要: Modern life largely transmits genetic information from mother to daughter through the duplication of single physically intact molecules that encode information. However, copying an extended molecule requires highly processive copying machinery and high fidelity that scales with the genome size to avoid the error catastrophe. Here, we explore these fidelity requirements in an alternative architecture, the virtual circular genome, in which no one physical molecule encodes the full genetic information. Instead, information is encoded and transmitted in a collective of overlapping and interacting segments. Using a model experimental system of a complex mixture of DNA oligos that can partly anneal and extend off each other, we find that mutant oligomers are suppressed relative to a model without collective encoding. Through simulations and theory, we show that this suppression of mutants can be explained by competition for productive binding partners. As a consequence, information can be propagated robustly in a virtual circular genome even if the mutation rate is above the error catastrophe for a physically intact genome.
主题: 种群与进化 (q-bio.PE) ; 统计力学 (cond-mat.stat-mech); 生物物理 (physics.bio-ph)
引用方式: arXiv:2508.21806 [q-bio.PE]
  (或者 arXiv:2508.21806v1 [q-bio.PE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.21806
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Martin Falk [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 8 月 29 日 17:39:29 UTC (5,387 KB)
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