中程度のエピスタシスは小さな個体群では進化的に安定しない

Moderate Amounts of Epistasis are Not Evolutionarily Stable in Small Populations.

• Dariya K Sydykova
• Thomas LaBar
• Christoph Adami
• Claus O Wilke

抄録

突然変異率の高い個体群は、個体群を致死的な突然変異誘発から守るために、エピスタシスの少ない平坦なフィットネスピークに生息する突然変異ロバストネスの進化を選択する。最近の証拠は、別の効果が、有害な突然変異の蓄積によって小さな個体群を絶滅から守っていることを示唆している。ドリフトロバストネスでは、個体群は急峻な斜面を持つピークを占める傾向があり、突然変異の間に正のエピスタシスを持つ。しかし、突然変異率が高く、同時に個体数が少ない場合に何が起こるかはわかっていません。本研究では、エピスタシスを変化させた単純なフィットネスモデルを用いて、エピスタシスを調整するパラメータの関数として平衡フィットネスが最小となることを示し、この臨界点が進化の軌跡にとって不安定な固定点であることを示唆している。エージェントを用いた有限突然変異率での進化シミュレーションでは、突然変異によってエピスタシスが変化する場合、エピスタシスが亜臨界値の軌道ではエピスタシスが減少し、超臨界値の軌道ではエピスタシスが高くなる方向に進化することが示された。この2つの固定点は、それぞれ突然変異性とドリフトロバスト性を持っています。

High mutation rates select for the evolution of mutational robustness where populations inhabit flat fitness peaks with little epistasis, protecting them from lethal mutagenesis. Recent evidence suggests that a different effect protects small populations from extinction via the accumulation of deleterious mutations. In drift robustness, populations tend to occupy peaks with steep flanks and positive epistasis between mutations. However, it is not known what happens when mutation rates are high and population sizes are small at the same time. Using a simple fitness model with variable epistasis, we show that the equilibrium fitness has a minimum as a function of the parameter that tunes epistasis, implying that this critical point is an unstable fixed point for evolutionary trajectories. In agent-based simulations of evolution at finite mutation rate, we demonstrate that when mutations can change epistasis, trajectories with a subcritical value of epistasis evolve to decrease epistasis, while those with supercritical initial points evolve towards higher epistasis. These two fixed points can be identified with mutational and drift robustness, respectively.