人工进化和生物网络的模体统计

身体计划的网络演变

Network Evolution of Body Plans

节肢动物胚胎发生中的分割是一个众所周知的身体平面多样性的例子。条纹图案的基因表达，导致未来的身体节出现同时或顺序分别在长和短胚带的发展。与条纹形成相关的调控基因在节肢动物中是进化上保守的，因此所观察到的性状的差异被认为源于基因的连接方式。为了揭示网络结构中的基本差异，我们在数字上进化了数百个基因调控网络，这些网络产生了基因表达的条纹模式。通过对生成网络拓扑结构的分析，我们发现长胚带和短胚带发育过程中条纹形成的特征分别由前馈环（FFL）和负反馈环（FFL）决定。人工进化网络的网络结构、基因表达模式和敲除反应与果蝇和赤拟谷盗中报道的一致。对于其他节肢动物物种，主要的网络架构，仍然在很大程度上未知的预测。

Decoding the mechanisms underlying cell-fate decision-making during stem cell differentiation by Random Circuit Perturbation

Stem cells can precisely and robustly undergo cellular differentiation and lineage commitment, referred to as stemness. However, how the gene network underlying stemness regulation reliably specifies cell fates is not well understood. To address this question, we applied a recently developed computational method, Random Circuit Perturbation (RACIPE), to a nine-component gene regulatory network (GRN) governing stemness, from which we identified fifteen robust gene states. Among them, four out of the five most probable gene states exhibit gene expression patterns observed in single mouse embryon…

基因组缩减模型细菌代谢中结构应力的预测效应

Predicting effects of structural stress in a genome-reduced model bacterial metabolism

我们通过跟踪有害扰动后在其代谢网络上传播的损伤，研究了基因组减少的模式细菌生物肺炎支原体中结构应力的计算机效应。首先，我们分析了从单个反应和成对反应传播的失败级联，并将结果与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌中的结果进行了比较。为了提醒潜在的损害所造成的个别反应的失败，我们提出了一个通用的预测的基础上，确定目标反应的结构脆弱性的本地信息。相对于反应对的同时失败，我们检测到强的非线性放大效应，可以通过在单级联的交叉点中存在特定的基序来预测。我们进一步连接了M. pneumoniae通过酶活性，并研究了敲除单个基因和基因簇的后果。单基因敲除造成的损害揭示了基因组规模的级联大的影响和基因的重要性之间的强相关性。与此同时，我们发现控制高损伤反应的基因倾向于在功能隔离中运作，作为一种代谢保护机制。我们的结论是M.与其它更复杂的模式细菌生物体类似，肺炎克雷伯氏菌在代谢和基因组水平上似乎已经朝着增加的结构稳健性进化，尽管其基因组大小减小并且其代谢网络线性更大。我们的方法，虽然动机生化，是通用的，足以对任何二分复杂网络的结构应力的分析和预测传播的潜在用途。

低显性抑制了二倍体负自调节的进化

Under-dominance constrains the evolution of negative autoregulation in diploids

调控网络已经进化到允许基因表达快速跟踪环境中的变化，以及在没有变化的情况下缓冲扰动和维持细胞内稳态。在大肠杆菌中的理论工作和实验研究表明，负性自调节赋予快速的响应时间和降低的内在噪音，这反映在几乎一半的大肠杆菌转录因子是负性自调节的事实上。然而，在酿酒酵母的转录因子中，负自调节是极其罕见的。这种差异是更令人惊讶的，因为E。coli和革兰氏阳性菌S.酿酒酵母具有非常相似的网络模体序分布。在本研究中，我们首次发现果蝇和人类转录因子之间的调节相互作用具有与果蝇相似的缺乏负自调节的现象。啤酒。然后，我们提出了一个模型，证明了在物种之间使用的降噪策略的这种基本差异可以通过对二倍体中负自调节进化的限制来解释。我们发现，同一细胞内同源基因对之间的调控相互作用可导致显性不足突变，从而导致更强的自动调节，并降低纯合子中的噪声，矛盾的是，可导致杂合子中的噪声增加。这严重限制了二倍体进化负性自动调节作为降噪机制的能力。我们的工作提供了一个简单和一般的解释以前无法解释的差异，调节结构之间的E。大肠杆菌和酵母，果蝇和人类。它还表明，基因网络中的二倍体效应可能会产生违反直觉的后果，可能会深刻地影响进化的进程。

Q$\eta$ 噬菌体准种中的层级基因型网络与初期生态物种形成

Hierarchical genotype networks and incipient ecological speciation in Q$β$ phage quasispecies

本研究利用深度测序重建Q$\eta$噬菌体准种的基因型网络，揭示其层级结构和核心序列维持多样性，并通过不同温度适应捕捉进化分化早期阶段，强调基因型网络作为突变群体可视化工具的价值。