定量生物学 > 生物大分子
[提交于 2024年12月2日
(v1)
,最后修订 2025年7月14日 (此版本, v3)]
标题: 蛋白质进化中的波动性和预测的极限
标题: Fluctuations and the limit of predictability in protein evolution
摘要: 蛋白质进化涉及在广泛的时空尺度上发生的突变。 类似于统计物理中的无序系统,这种动态异质性表明不同位点和时间发生的突变之间存在强相关性。 为了量化这些相关性,我们研究了在蛋白质进化中各种涨落源的作用,这些涨落通过数据驱动的能量景观作为蛋白质适应度的代理来进行模拟。 通过应用在无序物理系统背景下开发的时空相关函数,我们将起始条件引起的涨落(即进化过程起源的祖先序列)与沿独立进化路径的随机突变驱动的涨落区分开来。 我们的分析显示,在多种蛋白质家族中,较短时间尺度上的涨落主要来源于祖先序列。 这使我们能够确定一个祖先序列信息持续存在的时间尺度,从而实现其重建。 我们将这种持续性与上位相互作用的强度联系起来:具有更强上位特征的祖先序列会在更长时间内影响进化轨迹。 然而,在更长时间尺度上,祖先的影响会减弱,因为上位约束的位点会集体进化。 为了验证这一观点,我们应用了一个标准的祖先序列重建算法,并确认时间依赖的恢复误差受到祖先自身特性的影响。 总体而言,我们的结果揭示了祖先序列的特性——特别是它们的上位约束——会影响初始的进化动力学以及标准祖先序列重建算法的性能。
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