标准遗传密码促进功能核苷酸序列空间的探索

标准遗传密码以最小化单核苷酸替换的表型效应而著称，这一特性很可能是在通用密码出现期间被选择出来的。鉴于在动态环境中种群的高现存遗传多样性所带来的适应度优势，针对探索较大比例功能蛋白质空间的选择也可能发生过。为确定此类特性的选择是否在近乎通用的遗传密码出现过程中发挥作用，我们研究了在大肠杆菌 PhoQ 蛋白在不同时间尺度下使用不同遗传密码进行翻译时所探索的功能变体数量。我们发现，与随机密码相比，标准遗传密码在中等时间尺度上探索大量功能 PhoQ 变体空间方面高度最优。种群遗传多样性提供适应度优势所响应的环境变化，很可能就发生在这些中等时间尺度上。我们的结果表明，标准密码探索大量功能序列变体空间的能力源于稳健性与灵活性之间的平衡，且在很大程度上独立于标准密码最小化突变表型效应的特性。我们提出，在最小化突变表型效应的同时探索大量功能序列空间的选择，促成了标准密码作为通用遗传密码的出现。