microRNA中遗传稳健性与环境稳健性的协同进化

遗传稳健性，即在突变面前保持最优表型的能力，对于理解进化至关重要，因为表型表达的遗传变异是自然选择的燃料。然而，遗传稳健性的起源——它是直接通过自然选择进化而来，还是其他表型性状的相关副产物——尚未得到解决。通过检查几个真核物种的microRNA (miRNA) 基因，Borenstein和Ruppin (Borenstein et al. 2006, PNAS 103: 6593) 表明，与具有相同茎环结构的随机RNA序列样本相比，miRNA前体茎环的结构表现出显著增强的突变稳健性。观察到的稳健性被发现与传统的环境稳健性度量不相关——这意味着miRNA序列显示了遗传稳健性直接进化的证据。这些发现令人惊讶，因为理论结果表明，稳健性的直接进化需要高突变率和/或大的有效种群规模，这仅在RNA病毒中发现，而非多细胞真核生物。通过引入一种基于miRNA前体序列二级结构平衡热力学系综的环境稳健性新度量，我们证明了RNA折叠的生物物理学在遗传（突变）稳健性和环境（热力学）稳健性之间诱导了高水平的相关性，正如Ancel和Fontana (Ancel et al. 2000, J. Exp. Zool. 288: 242) 引入的质体遗传协同理论所预期的那样。基于理论考虑，我们认为这种相关性强烈表明，在miRNA序列中观察到的遗传稳健性是选择环境稳健性的副产物。