突变供给与抗生素耐药性选择的可重复性

进化是否可预测是进化生物学中的一个关键问题。本文旨在更好地理解进化的可重复性。我们通过实验探索了突变供给和选择压力强度对从现有遗传变异中进行选择的可重复性的影响。将大肠杆菌中抗生素耐药基因 TEM-1 β-内酰胺酶的不同大小的突变体文库置于不同的抗生素浓度下。我们确定种群是灭绝还是存活，并对存活种群的 TEM 基因进行测序。我们的突变体文库（通过易错 PCR 生成）中每个等位基因的突变分布遵循泊松分布。灭绝模式可以用一个简单的随机模型来解释，该模型假设有益突变的取样是存活的关键。在大多数存活种群中，存在至少含有一个已知大效应有益突变的等位基因。这些基因型数据也支持一个仅调用取样效应来描述含有大效应驱动突变的等位基因出现的模型。因此，在对突变适应度效应、突变率和种群大小有粗略了解的情况下，进化在很大程度上是可预测的。当我们考虑所有存在的突变时，所选突变体的可重复性没有明显的趋势。然而，当仅考虑已知的大效应突变时，与预期相反，选择的结果对于大型文库而言可重复性较低。此外，我们通过实验表明，从大型文库中选择的携带多个突变的等位基因，相较于仅含有一个已知大效应突变的等位基因，赋予了更高的耐药水平，这表明携带多个突变的高耐药等位基因的稀缺性可能导致了大型文库规模下可重复性的降低。