稀有事件采样分析揭示遗传密码的适应度景观

遗传密码指的是将 64 个密码子映射到 20 种氨基酸的规则。几乎所有生物（除少数例外）都共享同一套遗传密码，即标准遗传密码（SGC）。尽管这种通用密码为何在进化中产生并得以维持尚不清楚，但它可能是在选择压力下被保留下来的。比较 SGC 与数值生成的假想随机遗传密码的理论研究曾表明，SGC 经受了针对翻译错误鲁棒性的强选择压力。然而，由于计算时间的限制，这些先前的研究仅在可能密码空间的一个小子空间中搜索随机遗传密码。因此，遗传密码如何演化以及其适应度景观的特征仍不清楚。通过应用多正则蒙特卡洛——一种高效的稀有事件采样方法——我们从比以往研究更广的随机遗传密码集合中高效地采样随机密码，估计出每 $10^{20}$ 个随机密码中仅有一个比 SGC 更鲁棒。该估计远小于先前的估计（百万分之一）。我们还刻画了具有四个主要适应度峰的遗传密码适应度景观，其中之一包含 SGC。此外，遗传算法分析揭示，在此类多峰适应度景观下的进化可能以路径依赖的方式强烈偏置于一个狭窄的峰。