Volume 42, Issue 1, January 2025

Shared Selection and Genetic Architecture Drive Strikingly Repeatable Evolution in Long-Term Experimental Hybrid Populations

Gregory L Owens and others

Molecular Biology and Evolution, Volume 42, Issue 1, January 2025, msaf014, https://doi.org/10.1093/molbev/msaf014

进化论重复的程度对推动进化的主要力量以及进化生物学成为一门预测性（而不是纯粹的历史性）科学的潜力有影响。为了了解控制进化可重复性的因素，我们在自然地点实验进化了四个复制的向日葵杂交种群长达 14 年，并跟踪了整个基因组的祖先。我们发现，在几条染色体中，对渗入祖先的负选择非常强，但在一条染色体中，对渗入祖先的正选择。此外，选择强度受重组率的影响。由于远离不相容背景的重组更频繁，高重组区域对渗入祖先的选择较低。引人注目的是，重复的进化高度平行，共享选择驱动了 88% 的渗入等位基因频率变化方差。平行进化是由渗入等位基因中的高水平持续连锁和大效应数量性状基因座的强烈选择驱动的。这项工作强调了通过杂交进化的可重复性，并证实了自然选择、基因组结构和重组在此过程中发挥的核心作用。

Allostery and Evolution: A Molecular Journey Through the Structural and Dynamical Landscape of an Enzyme Super Family

Sandrine Coquille and others

Molecular Biology and Evolution, Volume 42, Issue 1, January 2025, msae265, https://doi.org/10.1093/molbev/msae265

变构调节是控制酶效率的强大机制。破译酶中获得变构特性的进化机制具有根本性。我们使用苹果酸 （MalDH） 和乳酸脱脱酶 （LDHs） 超家族作为模型来阐明这一现象。通过将一些与变构 LDH 出现相关的突变引入 Methanopyrus kandleri 的非变构 MalDH 中，我们逐渐将其酶谱转变为典型的变构 LDHs。我们首先研究了触发同向性激活的过程。所得突变体的结构显示了 LDH 的 R 活性状态的典型紧凑组织，但扭曲的（T 样）催化位点表明它们对应于杂化状态。分子动力学模拟和自由能计算证实了这些突变体对 T 失活状态进行采样的能力。通过添加最终的单个突变来微调催化位点的灵活性，我们获得了一种具有 S 形（各向同性）和双曲线（异向性）底物激活曲线的酶。其结构显示出与 LDH 一样的典型扩展 T 态，而其催化态具有有利于催化的恢复构型。自由能计算表明，T 和 R 催化位点构型处于平衡状态，具体取决于溶剂条件。我们观察到单体之间的长距离通讯是变构激活所必需的。我们的工作将 LDH/MDH 超家族中变构调控的进化与分子水平的变构集成模型联系起来，并强调了潜在蛋白质动力学的重要作用。

Positive Selection on Mammalian Immune Genes—Effects of Gene Function and Selective Constraint

Mridula Nandakumar and others

Molecular Biology and Evolution, Volume 42, Issue 1, January 2025, msaf016, https://doi.org/10.1093/molbev/msaf016

对各种分类群的全基因组分析一再表明，免疫基因是正向选择的重要靶标。然而，关于哪些因素决定哪些免疫基因处于正向选择下，人们知之甚少。为了解决这个问题，我们在这里关注哺乳动物免疫系统，并研究基因功能和其他因素（如基因表达、蛋白质-蛋白质相互作用和整体选择性约束）作为正选择决定因素的重要性。我们编制了一份包含 >1,100 个免疫基因的列表，这些基因分为六个功能类别，并使用啮齿动物的数据进行了分析。编码与病原体直接相互作用的蛋白质的基因，如模式识别受体 （PRR），通常被认为是正向选择的关键靶标。我们发现，包含细胞因子、细胞因子受体和其他参与细胞间相互作用的细胞表面蛋白的类别至少是与 PRR 一样重要的靶标，其阳性选择率是非免疫基因的三倍。细胞因子和细胞表面蛋白的阳性选择率较高，部分原因是这些类别具有较低的选择性约束。尽管如此，即使在给定的选择性限制水平下，细胞因子的正选择率也高于非免疫基因，这表明基因功能本身也可以是正选择的决定因素。这些结果对于理解免疫基因上正选择的原因具有广泛的意义，特别是宿主-病原体协同进化与其他过程的相对重要性。

Selection Can Favor a Recombination Landscape That Limits Polygenic Adaptation

Tom Parée and others

Molecular Biology and Evolution, Volume 42, Issue 1, January 2025, msae273, https://doi.org/10.1093/molbev/msae273

已经描述了重组速率的修饰因素，但作用于它们的选择压力及其对适应新环境的影响仍不清楚。我们使用替代 rec-1 等位基因在线虫秀丽隐杆线虫中进行了实验进化，这些等位基因改变了减数分裂交叉沿染色体的位置，而没有可检测到的直接适应效应。我们表明，等位基因会损害对新环境的适应，该等位基因会降低包含适应度变异的基因组区域的重组率。然而，损害适应的等位基因间接受到选择的青睐，因为它增加了重组率，并减少了位于其染色体附近的有益和有害变异之间的关联。这些结果验证了关于重组进化的理论预期，但表明全基因组多基因适应对重组速率修饰因子的间接选择影响不大。