Всеобъемлющая карта ландшафта приспособленности гена с высоким разрешением

Мутации имеют центральное значение для эволюции, обеспечивая генетическую изменчивость, на которую действует отбор. Влияние мутации на способность гена выполнять определённую функцию (приспособленность гена) может быть положительным, отрицательным или нейтральным. Знание распределения эффектов приспособленности (DFE) мутаций имеет фундаментальное значение для понимания эволюционной динамики, генетической изменчивости на молекулярном уровне, сложных генетических заболеваний, накопления вредных мутаций и молекулярных часов. Мы представляем всесторонние распределения эффектов приспособленности для точечных и кодонных мутантов гена β-лактамазы TEM-1 Escherichia coli, а также для миссенс-мутаций в белке TEM-1. Эти распределения дают представление о присущих архитектуре генетического кода преимуществах, подтверждают гипотезу о том, что стабильность мРНК определяет использование кодонов в начале генов, формируют обширную основу для понимания мутационной толерантности белков и свидетельствуют о том, что влияние мутаций на термодинамическую стабильность белка формирует распределение эффектов приспособленности. Вопреки распространённым ожиданиям, мы обнаружили, что вредные эффекты мутаций в основном обусловлены снижением специфической активности белка, а не уменьшением его клеточного уровня.