发现了对可演化性和稳健性的生物物理限制

人们常常认为DNA与其中编码的基因一起是生命的本质。但同样重要的是协调何时打开和关闭基因。事实上，正是这个过程，称为基因表达调控，通过允许生物体对周围环境作出反应而不是静态自动机来定义生命。由于即使像细菌这样的最小生物也有许多基因，协调它们的表达是通过一组专门的蛋白质完成的，这些蛋白质结合DNA中的特定位点(称为“启动子”)以打开或关闭基因。蛋白质与其相关启动子之间的每个这样的配对构成了生物体基因调控网络中的无数连接之一。

基因调控网络是错综复杂的调整，那么它们如何发展和变化呢?今天发表在奥地利科学技术研究所(奥地利IST)的自然生态学和进化研究小组的一项研究中，包括共同作者Claudia Igler(Calin Guet小组的博士生)和Mato Lagator(博士后Guet集团)以及Calin Guet，GašperTkačik和Jonathan Bollback(利物浦大学)描述了各个监管关系如何随着时间的推移而发生变化。

通常，基因调控网络在全球范围内进行研究，研究人员试图了解整个网络的属性如何决定其演化。然而，Igler等人决定从本地角度研究网络演化，以了解网络中的连接如何变化。为此，他们使用了两种DNA结合蛋白及其相关的启动子。这些蛋白质被称为“抑制因子”，因为它们与DNA的结合抑制基因表达。

研究人员随后将突变引入启动子，并观察这些变化如何影响阻遏物的结合。阻遏物可以通过两种方式对变化作出反应，Igler说：“阻遏物可以是稳健的，这意味着突变不会对它产生太大的影响，因为它可以保持与启动子的结合，尽管有突变。或者，阻遏物可以是可进化的，这意味着它通过获得与新启动子的结合，很容易对突变作出反应。根据定义，这两种突变反应似乎是相互排斥的 - 一种对突变更强大的蛋白质应该对突变的反应更少，因此应该不那么容易进化!“

但是，通常情况下，生物学充满了惊喜。比较两种研究的抑制因子，研究人员发现更强大的阻遏物更容易与新启动子结合。

通过开发基于蛋白质-DNA结合的热力学的生物物理模型，研究人员不仅能够解释他们令人惊讶的观察结果，而且可以推广他们的发现，正如Igler描述的那样：“抑制因子对其结合位点突变的反应如何表明可以在监管网络中发挥作用。一组抑制因子，即本地抑制因子，非常具体 - 它们只与少数发起人结合，不容易获得新的结合。另一组抑制因子，即全球抑制因子，是混杂的并保持关于它们的启动子的结合，即使它被大量突变，同时也很容易开始结合新的位点。“