果蝇体节极性网络的稳健性与模块化设计

生物分子网络必须稳健地执行其功能。一个稳健的功能可能对底层网络的拓扑结构有所偏好。我们对果蝇胚胎发生中一个模式形成功能相关的网络拓扑进行了详尽的计算分析。我们发现，虽然绝大多数拓扑要么无法执行所需功能，要么只能非常脆弱地执行，但一小部分拓扑对该功能表现出特别强的稳健性。果蝇所采用的拓扑，即体节极性网络的拓扑，在所有无直接自调控的拓扑中排名靠前。此外，我们发现所有稳健的拓扑都是模块化的——每个都是三种模块的组合。这些模块可以追溯到模式形成功能的三个子功能，它们的组合为稳健的拓扑提供了组合变异性。我们的结果表明，功能稳健性的要求极大地将可行的拓扑选择缩减到一组有限的模块化组合，而自然界在进化和其它生物学约束下优化其选择。