复杂模块化生物网络的演化

生物网络在不确定的环境中演化至具有高度功能性，同时保持极强的适应性。生物网络鲁棒性和可演化性的主要贡献者之一被认为是其功能模块性，其中模块被定义为紧密互连但其功能与其他模块可分离的基因集合。在此，我们研究了复杂人工代谢网络中模块性与鲁棒性的计算演化，这些网络编码了关于其环境的越来越多的信息，同时获得了生物、社会和工程网络的普遍特征，如无标度边分布、小世界特性和容错性。这些网络在可预测性不同的环境中演化，允许我们使用不依赖于任何预设模块性概念的新工具，从拓扑、信息论和基因上位性的观点来研究模块性。我们发现，对于我们演化出的复杂网络以及酵母蛋白质-蛋白质相互作用网络，合成致死对主要由彼此靠近且因此位于模块内的冗余基因组成，而敲低抑制对则相距较远且通常跨越模块，这表明敲低挽救是由替代通路或模块介导的。网络模块性工具与遗传相互作用数据的结合，构成了一种强大的方法，用于研究和剖析模块性在生物网络演化与功能中的作用。