О (не)предсказуемости крупного внутригенного ландшафта приспособленности

Исследование ландшафтов приспособленности, направленное на установление соответствия между генотипами и приспособленностью, привлекает всё больше внимания. Новые экспериментальные подходы в сочетании с методами секвенирования нового поколения (NGS) позволяют проводить точные и масштабные исследования эффектов мутаций на приспособленность, что дает возможность проверять теоретические предсказания и углублять понимание формы истинного лежащего в основе ландшафта приспособленности, а также ее значения для предсказуемости и воспроизводимости эволюции. Здесь мы представляем уникально крупный мультиаллельный ландшафт приспособленности, включающий 640 сконструированных мутантов, которые представляют все возможные комбинации 13 мутаций, изменяющих аминокислотную последовательность, в 6 сайтах белка теплового шока Hsp90 у Saccharomyces cerevisiae в условиях повышенной солености. Несмотря на преобладание отрицательного эпистаза в этом ландшафте, мы обнаружили, что глобальный пик приспособленности достигается посредством четырех мутаций с положительным эпистазом. Объединяя традиционные подходы с недавно предложенными теоретическими и статистическими методами, мы количественно охарактеризовали свойства глобального мультиаллельного ландшафта приспособленности. Используя подмножества данных, мы демонстрируем, что экстраполяция за пределы известной части ландшафта затруднена как из-за локальной изрезанности и аминокислотоспецифичных «горячих точек» эпистаза, так и потому, что выводы дополнительно искажаются неслучайным выбором мутаций для экспериментальных ландшафтов приспособленности.