杂种优势与物种形成的布尔基因调控模型

模拟影响生物性状的遗传现象对于农业发展至关重要，因为它使育种者能够预测特定性状的育种潜力。其中一种现象是杂种优势（heterosis）或杂交 vigor：来自遗传不同种群的个体杂交往往会导致数量性状的改善，例如生长速率、生物量产生和抗逆性。杂种优势已成为全球农业中非常有用的工具，但其遗传基础仍存在争议，且其效应难以预测。我们采用计算方法研究杂种优势，在布尔框架下开发了进化模拟、等位基因独立重排以及基因调控网络（GRNs）杂交的模型。适应度被衡量为网络以预定义方式响应外部输入的能力。我们的模型仅使用生物学上合理的参数就重现了关于杂种优势的常见实验观察结果。观察到了杂交 vigor，并且随着亲本种群的分化，其程度有所增加，直到杂交适应度突然崩溃的点。我们还首次在模型中重现了这样一个事实：杂交 vigor 难以在育种系内固定，这是目前杂交作物使用的一个重要限制。该模拟使我们能够研究杂种优势遗传基础的三种标准模型的影响，并且我们模型的详细程度使我们能够提出杂交 vigor 即将在育种中崩溃的可能预警信号。此外，该模拟提供了一个框架，可扩展用于研究杂种优势的其他方面和替代进化情景。