[논문 리뷰] Population subdivision with migration can facilitate evolution on rugged fitness landscapes

Anne‐Florence Bitbol, David J. Schwab|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 01.

Evolution and Genetic Dynamics인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 이분할된 무성 생물 집단을 이동으로 연결된 디모로 나누면, 특히 적합도 골짜기와 평탄한 지역을 가로질러 적응 속도가 빨라진다는 것을 보여준다. 메타집단은 다양한 매개변수 조건 하에서 가장 빠른 디모보다도 빠르게 이러한 장애물을 넘을 수 있으며, 유해하거나 중립적이거나 약간 유익한 중간 유전자형이 존재하더라도 마찬가지로 성립한다.

ABSTRACT

We show that subdivision of an asexual population into demes connected by migration significantly accelerates the crossing of fitness valleys and plateaus over a wide parameter range, both with respect to the non-subdivided population and with respect to a single deme. We predict the existence of a parameter range where valley or plateau crossing by the metapopulation is as fast as that of the fastest deme, and we verify this prediction using stochastic simulations. Our results hold not only for deleterious and neutral intermediates, but also for weakly beneficial ones. Finally, we extend our work to the case of a large population connected by migration to one or several smaller islands.

연구 동기 및 목표

• 이주로 연결된 디모로 나누어진 집단이 기복진한 적합도 표면에서 진화 역학에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 메타집단이 적합도 골짜기와 평탄한 지역을 횡단하는 데 있어 비분할 집단보다 빠를 수 있는지 확인하는 것.
• 무성 생물에서 이주가 적응 속도를 높이는 데 기여하는 매개변수 영역을 특정하는 것.
• 큰 집단이 작은 고립된 디모와 연결된 상황으로의 발견을 확장하는 것.

제안 방법

• 이주로 연결된 다수의 디모로 구성된 무성 생물 집단을 메타집단 모델로 설정하는 것.
• 골짜기와 평탄한 지역이 있는 적합도 표면에서 진화적 궤적을 추적하기 위해 확률적 시뮬레이션을 사용하는 것.
• 다양한 이주율과 집단 구조에서 유익 돌연변이의 고정까지의 시간을 분석하는 것.
• 분할된 집단과 비분할 집단, 단일 디모의 적응 속도를 비교하는 것.
• 큰 중심 집단에 하나 이상의 작은 고립된 디모가 연결된 모델을 확장하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무성 생물 집단에서 이주를 수반한 집단 분할이 적합도 골짜기 횡단을 가속화할 수 있는가?
• RQ2 단일 비분할 집단과 비교해 이주로 연결된 디모 간의 이주가 기복진한 적합도 표면에서 적응 속도를 높이는가?
• RQ3 메타집단의 적응 속도가 가장 빠른 개별 디모와 동일한 범위의 매개변수 영역이 존재하는가?
• RQ4 유해하거나 중립적이거나 약간의 유익성을 가진 중간 유전자형의 성질이 분할된 집단에서 골짜기 횡단에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 큰 집단이 하나 이상의 작은 고립된 디모와 연결될 경우 진화 역학에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이주를 수반한 분할은 다양한 매개변수 조건 하에서 적합도 골짜기와 평탄한 지역 횡단 속도를 크게 가속화한다.
• 메타집단이 가장 빠른 개별 디모만큼 빠르게 적합도 골짜기를 횡단할 수 있는 매개변수 영역이 존재한다.
• 이 가속 효과는 유해하거나 중립적이거나 약간의 유익성을 가진 중간 유전자형이 존재하더라도 유지된다.
• 확률적 시뮬레이션은 이주 조건 하에서 예측된 적응 속도 향상 효과를 확인한다.
• 큰 집단이 하나 또는 여러 개의 작은 고립된 디모와 연결되어 있어도 분할의 이점이 유지된다.