Emergent time scales of epistasis in protein evolution

上位性 进化生物学 生物 计算生物学 统计物理学 计量经济学 遗传学 数学 物理 基因
作者
Leonardo Di Bari,Matteo Bisardi,Sabrina Cotogno,Martin Weigt,Francesco Zamponi
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2403.09436
摘要

We introduce a data-driven epistatic model of protein evolution, capable of generating evolutionary trajectories spanning very different time scales reaching from individual mutations to diverged homologs. Our in silico evolution encompasses random nucleotide mutations, insertions and deletions, and models selection using a fitness landscape, which is inferred via a generative probabilistic model for protein families. We show that the proposed framework accurately reproduces the sequence statistics of both short-time (experimental) and long-time (natural) protein evolution, suggesting applicability also to relatively data-poor intermediate evolutionary time scales, which are currently inaccessible to evolution experiments. Our model uncovers a highly collective nature of epistasis, gradually changing the fitness effect of mutations in a diverging sequence context, rather than acting via strong interactions between individual mutations. This collective nature triggers the emergence of a long evolutionary time scale, separating fast mutational processes inside a given sequence context, from the slow evolution of the context itself. The model quantitatively reproduces the extent of contingency and entrenchment, as well as the loss of predictability in protein evolution observed in deep mutational scanning experiments of distant homologs. It thereby deepens our understanding of the interplay between mutation and selection in shaping protein diversity and novel functions, allows to statistically forecast evolution, and challenges the prevailing independent-site models of protein evolution, which are unable to capture the fundamental importance of epistasis.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Ethan发布了新的文献求助10
1秒前
开心小鸭子完成签到,获得积分10
1秒前
溪泉完成签到,获得积分10
1秒前
轻松雨旋完成签到 ,获得积分10
2秒前
卫卫完成签到 ,获得积分10
4秒前
hwa完成签到,获得积分10
9秒前
顺心寄容完成签到,获得积分10
9秒前
yywang完成签到,获得积分10
12秒前
chemzhh完成签到,获得积分10
15秒前
哈哈哈完成签到 ,获得积分10
16秒前
苑小苑完成签到,获得积分10
21秒前
darcy完成签到,获得积分10
25秒前
眼睛大樱桃完成签到 ,获得积分10
25秒前
25秒前
daisy_chen完成签到 ,获得积分10
26秒前
无道则愚完成签到 ,获得积分10
29秒前
高高完成签到,获得积分10
30秒前
开拖拉机的芍药完成签到 ,获得积分10
30秒前
sule完成签到,获得积分10
30秒前
完美梦之完成签到,获得积分10
32秒前
发发旦旦完成签到,获得积分10
36秒前
36秒前
开放飞阳完成签到,获得积分10
37秒前
fomo完成签到,获得积分10
37秒前
41秒前
旧雨新知完成签到 ,获得积分0
42秒前
hy完成签到 ,获得积分10
43秒前
源孤律醒完成签到 ,获得积分10
44秒前
Much完成签到 ,获得积分10
48秒前
红烧肉耶完成签到 ,获得积分10
48秒前
某只橘猫君完成签到,获得积分10
51秒前
羊白玉完成签到 ,获得积分10
52秒前
浪子完成签到,获得积分10
55秒前
55秒前
vothuong完成签到,获得积分10
57秒前
科研王子完成签到 ,获得积分10
59秒前
十月的天空完成签到 ,获得积分10
1分钟前
朴若琛完成签到,获得积分10
1分钟前
猕猴桃完成签到 ,获得积分10
1分钟前
清清清完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1621
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
Brittle fracture in welded ships 1000
A Guide to Genetic Counseling, 3rd Edition 500
Laryngeal Mask Anesthesia: Principles and Practice. 2nd ed 500
Theories in Second Language Acquisition 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5568349
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4652840
关于积分的说明 14702135
捐赠科研通 4594664
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2521188
邀请新用户注册赠送积分活动 1492928
关于科研通互助平台的介绍 1463734