代谢反应空间中的基因型网络

背景：代谢基因型包含生物体通过其基因组编码的酶所能催化的所有化学反应。如果基因型能够产生生物体生存和繁殖所需的所有生物量组分，则它在给定环境中是可行的。先前的工作集中于单个基因型的特性，而关于具有给定功能的基因组规模代谢网络在其反应内容上如何变化，人们知之甚少。结果：我们在此刻画了此类基因型的空间。具体而言，我们研究了表型为在仅碳源不同的最小化学环境中可行的代谢基因型。我们表明，无论代谢基因型中的反应数量如何，给定表型的基因型通常形成庞大、连通且无结构的集合——基因型网络——这些网络几乎跨越了整个基因型空间。在此类空间中，代谢表型对随机反应移除的鲁棒性具有窄分布和高均值。不同碳源在其基因型网络中的代谢基因型数量不同；随着基因型需要在越来越多的碳源上可行，该数量下降，但下降幅度远小于假设代谢反应在不同化学环境中独立使用的情况。结论：我们的工作表明，保持表型的基因型网络具有通用的组织特性，并且这些特性对代谢基因型中的反应数量不敏感。