转录调控的信息流优化的非平衡动力学不变性

真核基因调控基于随机且受控的启动子开关，期间基因在转录活跃和不活跃状态之间转换。尽管该过程的分子复杂性，近期研究揭示了一个惊人不变性："切换相关时间"（$T_C$），该参数刻画启动子活动波动，跨越多种基因和生物体。对这种不变性的生物力学解释仍然缺失。本文我们表明，这种不变性对转录调控的最小且合情合理的模型施加了严格约束，要求至少四个系统状态和打破详细平衡的非平衡动力学。通过对 Drosophila gap 基因表达数据的贝叶斯推断，我们展示了此类模型（1）准确再现观察到的 $T_C$ 不变性；（2）对参数扰动保持鲁棒性；（3）最大化从转录因子浓度到基因表达的信息传递。这一发现表明，真核基因调控已进化为在精度、反应速率和能量耗散约束之间进行平衡，偏好非平衡结构以实现最优信息传递。