真核细胞有丝分裂与减数分裂模式的协同演化
种群与进化
2020-09-04 v1 统计力学
摘要
真核细胞的遗传物质包括核 DNA (ncDNA) 和线粒体 DNA (mtDNA)。二者在若干方面差异显著,但必须编码彼此兼容的蛋白质。本文引入一个网络模型,描述两种最常见的用于繁殖的细胞分裂模式——有丝分裂(支持无性繁殖)与减数分裂(支持有性繁殖)——的假想协同演化。我们的模型基于随机超图,每种可能基因型对应两个节点,各自涵盖 ncDNA 与 mtDNA。其中一个节点必由发生于亲本基因型的某有丝分裂产生,另一个则由发生于两个亲本基因型的减数分裂产生。某基因型的适应度取决于其 ncDNA 与 mtDNA 的兼容性。模型有两个概率参数 和 ,前者刻画减数分裂中 ncDNA 的多样化,后者刻画伴随减数分裂与有丝分裂的 mtDNA 多样化。另一参数 用于调节有丝分裂与减数分裂产生基因型的相对速率。我们发现,尽管 和 确实影响网络中演化路径的存在性,但调控两种细胞分裂模式共存的关键参数是 。依基因型大小不同, 可取使任一分裂模式占优的值。我们的研究与近期一个假说密切相关,该假说将减数分裂(相对于有丝分裂)的出现视为一种提升 ncDNA 多样化以跟上 mtDNA 多样化的演化策略。我们的结果表明情况很可能确实如此,从而支持了该领域中首个考量线粒体这类普遍且必需细胞器作用的假说。
引用
@article{arxiv.1804.10925,
title = {Co-evolution of the mitotic and meiotic modes of eukaryotic cellular division},
author = {Valmir C. Barbosa and Raul Donangelo and Sergio R. Souza},
journal= {arXiv preprint arXiv:1804.10925},
year = {2020}
}