细菌代谢网络适应性表型的可及性

适应性表型在出现后如何在进化群体中传播的机制已得到较好理解。然而，影响此类表型进化可及性（即其在群体中出现的先决条件）的因素则知之甚少。本文研究了环境质量对大肠杆菌中心代谢网络适应性表型可及性的影响。我们采用一个成熟的代谢通量平衡模型作为基因型-表型图谱的基础。我们量化了七种性质不同的环境（对应碳水化合物和糖异生代谢底物）对该图谱结构的影响。研究发现，在性质较贫瘠的环境中，基因型-表型图谱具有更崎岖的结构，表明适应性表型在此类环境中可能本质上更难出现。然而，即使在基因型-表型图谱最崎岖的环境中，平均仍有约74%的基因型可通过中性漂变发生改变；这或许能使进化群体绕过这种崎岖性。此外，我们发现基因型差异相对于表型差异的归一化互信息（衡量基因型-表型图谱传递表型差异信息的能力）与不同环境中适应性表型可及性的（基于模拟的）估计值呈正相关。这些结果与一个简单分析理论的预测一致，并提出了一个直观的进化适应信息论原理：在基因型-表型图谱传递表型差异信息能力更强的环境中，适应可能更快。