基于六边形模型的大规模模拟中基因驱动释放模式及传播的比较评估

空间种群遗传与生态建模通常是准确预测结果所必需的。一个例子是基因驱动，这是一种快速过程，涉及基因驱动等位基因在种群中的传播，通常用于抑制害虫或减少媒介传播疾病的传播。已有若干模型被用于评估基因驱动及其他空间过程。然而，这些模型各自存在局限性，例如计算成本高且可扩展性有限、难以纳入环境因素和复杂生活史，或空间结构可能过于简化。为克服这些挑战，我们提出了一种基于六边形的计算框架，旨在对快速遗传波推进过程模拟连续空间。这使我们能够以较低的计算投入，准确模拟更大的空间区域。我们实现了该模型，并将不同基因驱动的波速与其他模型所得结果进行了比较。结果表明，当六边形宽度和扩散参数得到适当校准时，两者具有良好一致性。随后，我们确定了多种基因驱动和沃尔巴克氏体细菌的最优环形与线性（沿道路）释放模式。为展示该框架在一个假设情景中的应用，我们构建了一个海南岛致倦库蚊种群模型。随后，我们评估了不同基因驱动释放策略的结果，展示了实现高基因驱动覆盖率所需的转基因昆虫释放水平，以及如何依据蚊虫与人类分布对其进一步优化。总体而言，我们的六边形种群遗传框架为基因驱动及相关应用的现实性、大尺度建模提供了一个灵活的平台。

空间种群遗传与生态建模对于准确预测结果通常是必要的。基因驱动便是一个例子；它是一种快速过程，涉及基因驱动等位基因在种群中的传播，通常用于抑制害虫或减少媒介传播疾病的传播。现有若干模型已被用于评估基因驱动及其他空间过程。然而，这些模型各自存在局限性，例如计算成本高且可扩展性有限、难以纳入环境因素和复杂生命周期，或空间结构可能被过度简化。为克服这些挑战，我们提出了一种基于六边形的计算框架，旨在模拟快速遗传波推进情况下的连续空间。这使我们能够以较低的计算投入，更准确地模拟更大的空间区域。我们实现了该模型，并将不同基因驱动的波速与其他模型所得结果进行了比较。结果表明，在适当校准六边形宽度和扩散参数后，两者具有良好的一致性。随后，我们确定了适用于多种基因驱动和沃尔巴克氏菌的最优圆形与线性（沿道路）释放模式。为展示该框架在一个假设情景中的应用，我们构建了中国海南岛致倦库蚊的模型。随后，我们评估了不同基因驱动释放策略的结果，展示了实现高基因驱动覆盖率所需的转基因昆虫释放水平，以及如何基于蚊虫和人群分布对其进一步优化。总体而言，我们的六边形种群遗传框架为基因驱动及相关应用提供了一个灵活的平台，可用于构建现实且大规模的模型。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.04.736481v1?rss=1

🏷️ 基因驱动 空间种群遗传 六边形建模 释放策略优化 沃尔巴克氏体 蚊媒控制