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生物遗传可以被视为一类催化模板反应：在这类反应中，由作用于母体模板的动力学核所生成的子代分子，本身又是同一催化下一轮反应的底物。我们给出此类反应能够支持无限制可遗传分子可区分性的物理化学条件。关于模板—算子对的四个条件构成了分析框架：在活性位点识别核下，每个位点的信息含量非零（R1）；随着反应延展，能够独立变化的被识别位点数量无界增长（R2）；催化在迭代下封闭，可能通过诸如沃森–克里克互补这样的可逆对合实现（R3）；以及核在其识别字母表中的随机漂移（R4）。第五个用于界定适用范围的条件（R5）将该原理限制于内在物理化学核，而非外部优化搜索。这些条件对于两种不同结果是必要的，并可表述为两个彼此可分的必要性结果。容量定理指出，底物香农容量随反应延展呈线性缩放，要求满足R1、R2和R3，但不要求R4：完美复制器能够传递一个呈指数巨大的构型系综，同时不产生任何新颖性。生成定理指出，可遗传构型集合相对于有限初始库的确定性闭包所发生的多样化，还额外要求R4，因为正是识别字母表中的分支轨迹产生了创新。群体层面的动力学作为一个推论出现，它将六类已证实的模板反应组织为一个分类体系；同时也表现为一个有限群体、有限时域命题，并在五种遗传动力学方案上加以检验，在这些模型类别中，只有个体层面的随机漂移能够达到目标。 我们将该框架应用于近期表征的细菌防御系统Drt3b，该系统在不使用核酸模板的情况下合成交替的poly(AC) DNA。该框架将Drt3b归类为一个循环的双状态催化模板通道，其容量上限为1比特，并预测Glu26到Gln的活性位点突变体会在选择ΔA的状态下以10%的概率掺入ΔG；已发表的生物化学结果报告为10.16%。在1,232个Drt3b同源物中，该框架预测并恢复了这样一种现象：在六个携带该门控位点天然Glu26到Asp替换的分支中，ΔG错误掺入提高了15.7倍。在两个普遍保守的门控残基——Arg253（结构性）和Gly248（选择性）——上的替换，为检验该框架预测提供了可通过单次实验完成的定点诱变测试。
生物遗传可以被视为一类催化模板反应：在这类反应中，由作用于母体模板的动力学核生成的子代分子，本身又是下一轮同类催化的底物。我们给出了此类反应能够支持无界可遗传分子可区分性的物理化学条件。关于模板—算子对的四个条件构成了分析框架：在活性位点识别核下，每个位点的信息含量非零（R1）；随着反应延展，受到识别且可独立变化的位置数目无界增长（R2）；在迭代作用下实现催化闭合，可能通过诸如沃森–克里克互补这样的可逆对合来实现（R3）；以及该核在其识别字母表中的随机漂移（R4）。第五个用于界定适用范围的条件（R5）将该原理限制于源自内在物理化学机制的核，而非外部优化的搜索过程。这些条件对于两种不同结果是必要的，并可表述为两个相互区分的必要性结果。容量定理指出，底物香农容量随反应延展呈线性缩放，要求满足R1、R2和R3，但不要求R4：一个完美复制器能够传递一个指数级庞大的构型集合，同时却不产生任何新颖性。生成定理指出，若要使可遗传构型集合的多样化超出有限初始库的确定性闭包，则还必须满足R4，因为识别字母表中的分支轨迹正是产生创新的机制。
群体水平动力学作为一个推论出现，它将六类已证实的模板反应组织为一个分类体系；同时也表现为一个关于有限群体、有限时间范围的命题，该命题在五种遗传动力学方案上得到了检验，在这些模型类别中，只有个体水平的随机漂移能够达到目标。我们将该框架应用于近期得到表征的细菌防御系统Drt3b，该系统在不使用核酸模板的情况下合成交替的poly(AC) DNA。该框架将Drt3b归类为一个循环的双态催化模板通道，其容量上限为1比特，并预测Glu26到Gln的活性位点突变体在选择ΔA的状态下以10%的概率掺入ΔG；已发表的生化结果报告为10.16%。在1,232个Drt3b同源物中，该框架预测并重现了在六个携带该门控位点天然Glu26到Asp替换的谱系中，ΔG错误掺入升高15.7倍。对两个普遍保守的门控残基Arg253（结构性）和Gly248（选择性）的替换，为检验该框架预测提供了可在单次实验中实施的定点诱变测试。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.23.734074v1?rss=1
🏷️ 生物信息 模板反应 遗传容量 随机漂移 细菌防御系统 Drt3b