Реципрокный знаковый эпистаз между часто возникающими в экспериментах адаптивными мутациями формирует ландшафт приспособленности с высокой изрезанностью

Ландшафт приспособленности отражает взаимосвязь между генотипом и эволюционной приспособленностью и представляет собой широко распространённую метафору для описания возможных эволюционных траекторий адаптации. Однако фактическая форма ландшафтов приспособленности изучена недостаточно; в частности, неясно, создают ли впадины низкой приспособленности локальные оптимумы, выступая барьерами для адаптивных изменений. Здесь мы представляем свидетельства существования изрезанного молекулярного ландшафта приспособленности, сформировавшегося в ходе эволюционного эксперимента с бесполой популяцией Saccharomyces cerevisiae. С помощью полногеномного секвенирования мы идентифицируем мутации, возникшие в ходе эволюции, а посредством конкурентных тестов приспособленности характеризуем мутации, индивидуально ответственные за адаптацию. Кроме того, мы обнаруживаем, что впадина приспособленности между двумя адаптивными мутациями в генах MTH1 и HXT6/HXT7 обусловлена реципрокным знаковым эпистазом: снижение приспособленности двойного мутанта препятствует отбору обеих мутаций в одном и том же генетическом фоне. Ограничение, создаваемое реципрокным знаковым эпистазом, приводит к тому, что мутации остаются взаимно исключающими на протяжении эксперимента, несмотря на то что адаптивные мутации в этих двух генах неоднократно возникают в независимых линиях в ходе эксперимента. Наши результаты показывают, что эпистаз играет ключевую роль в адаптации, а взаимодействия между генами могут выступать барьерами между адаптивными решениями. Эти результаты также предлагают новую интерпретацию классической модели Добжанского—Мюллера репродуктивной изоляции и демонстрируют некоторые неожиданные параллели с мутациями в генах, часто ассоциируемых с опухолями.