表型可塑性（phenotypic plasticity）是指生物体随环境改变而改变其表型的能力，在生物适应性进化中起着关键作用。近日，美国宾夕法尼亚州立大学邬荣领教授与北京林业大学团队合作，在功能作图（functional mapping）的基础上发明功能图论（functional graph theory），以此来推断表型可塑性的全基因组互作组网络（omnigenic interactome network）。该项研究整合了功能作图、进化博弈论（evolutionary game theory）、捕食者-猎物理论（predator-prey theory）等多学科的知识，开发了一个联合统计框架，构建出基因相互作用的微分方程组。通过功能聚类和变量选择，运用龙格－库塔法对微分方程求解，实现了从任何维度的遗传数据中推断具有稳定性，稀疏性和因果关系的多层次全基因网络方法。

研究人员使用金黄葡萄球菌设计了两种环境（无抗生素环境、金黄葡萄球菌和大肠杆菌共培养环境）的表型可塑性实验。通过复合功能作图对影响表型可塑性的关键QTL进行定位，运用上述模型重建了对应的遗传网络，在全基因网络中对SNP的净遗传效应分解为该SNP自身效应和其他SNP对其的互作效应，揭示了影响表型可塑性的关键QTL的基因调控机制，发现QTL的遗传效应既取决于自身效应，也取决于互作效应对其自身效应的增强或消减作用。

该项研究提出了全基因网络构建模型的新框架，系统地剖析了金黄葡萄球菌如何对非生物因素（药物）和生物因素（物种共存）作出反应的遗传结构，为金黄葡萄球菌的表型可塑性研究提供指导，为解析环境诱导的进化提供了一个强有力的计算生物学系统工具。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25086-5