Глобальный эпистаз возникает из общей модели сложного признака

Эпистаз между мутациями может сделать адаптацию зависимой от эволюционной истории. Однако, несмотря на широко распространённый микроскопический эпистаз между участвующими мутациями, эксперименты по эволюции микроорганизмов демонстрируют согласованные закономерности повышения приспособленности в повторных линиях. Недавние исследования показывают, что эта согласованность частично обусловлена глобальными закономерностями эпистаза убывающей отдачи и возрастающих издержек, из-за которых мутации систематически оказываются менее благоприятными (или более вредными) на генетических фонах с более высокой приспособленностью. Однако механистическая основа этого глобального эпистаза остаётся неизвестной. Здесь мы показываем, что эпистаз убывающей отдачи и возрастающих издержек закономерно возникает как следствие повсеместного микроскопического эпистаза. Наша модель предсказывает специфическое количественное соотношение между величиной глобального эпистаза и стохастическими эффектами микроскопического эпистаза, что мы подтверждаем повторным анализом существующих данных. Кроме того, мы показываем, что при широком распространении эпистаза распределение эффектов на приспособленность принимает универсальную форму, и предлагаем новую модель ландшафта приспособленности, демонстрирующую, как эволюция фенотипа может быть воспроизводимой несмотря на стохастичность на уровне последовательности.