本文是由Hiroshi Akashi, Naoki Osada, 以及Tomoko Ohta合作撰写的综述文章，发表于2012年9月的《Genetics》期刊（卷192，期1，第15-31页）。三位作者均来自日本遗传学研究所（National Institute of Genetics）的群体遗传学系演化遗传学部。文章的主题是回顾与探讨“弱选择”（Weak Selection）在蛋白质演化中的核心作用，特别是围绕“近中性”（Nearly Neutral）演化理论的提出、模型结构、预测以及当前的经验证据。
文章的核心论点是，“近中性”理论是理解蛋白质演化模式的关键框架。该理论是对经典“中性理论”（Neutral Theory）的重要修正与发展。经典中性理论认为，在分子水平上，大部分能够达到固定的突变是严格中性的（即对个体生存和繁殖无影响），而只有少数是强烈有害的。然而，早期对蛋白质多态性（如等位酶heterozygosity）和DNA-蛋白质进化速率对比的观察，发现了与严格中性理论预测不符的现象，即“杂合度不变性”（invariance of heterozygosity）和蛋白质与DNA进化速率的差异。Ohta（1972）因此提出了“近中性”模型，认为存在一大类突变，其选择系数（s）非常小，以至于它们的行为介于严格中性和强烈选择之间。这类突变的命运（即是被漂变固定还是被选择清除）强烈依赖于有效群体大小（Ne）与选择系数的乘积（Ne*s，称为“选择强度”或“缩放的效应”）。
文章系统性地阐述了这一理论的动机、结构，并评估了当前支持弱选择在蛋白质演化中起作用的经验证据。
此部分详细论证了经典中性理论的局限性，这些局限性直接催生了近中性理论。 * 支持子论点1：蛋白质多态性（杂合度）的“不变性”构成挑战。 根据中性理论，预期蛋白质杂合度（H）与有效群体大小（Ne）和中性突变率（fn*u）成正比。在极大种群中，预期杂合度应接近上限1。然而，实际的等位酶数据显示，尽管不同物种（如人类、果蝇、大肠杆菌）的历史群体大小差异巨大，但其蛋白质多态性水平却大致相似，很少有物种的H超过0.30。这种杂合度不随群体大小显著增加的现象（Lewontin， 1974），是反对严格中性模型的有力证据。 * 支持子论点2：蛋白质与DNA进化模式的对比揭示了矛盾。 中性理论预测中性进化速率（如蛋白质进化速率）只取决于突变率，与群体大小无关，这解释了“分子钟”现象。然而，早期DNA-DNA杂交数据显示，DNA进化似乎存在“世代时间效应”（单位时间内的世代数越多，DNA分歧越大），这与蛋白质进化表现出的绝对时间依赖性（分子钟）不同。而且，不同谱系间DNA与蛋白质进化速率的比值变化巨大（超过10倍）。如果假设DNA进化是中性的，那么这个比值就反映了蛋白质的中性突变比例（1/fn）。如此巨大的变异违背了中性理论关于fn在不同谱系间相对恒定的基本假设。Ohta（1972a）指出，“近中性”突变可以同时解释杂合度的上限以及按DNA进化速率标化后的蛋白质进化速率变异。
文章通过数学模型和图示，清晰地阐述了近中性理论的核心机制和关键预测。 * 支持子论点1：模型的核心是“选择强度”（Ne*s）依赖。 近中性突变被操作性地定义为 |Ne*s| ≤ 1 的突变。对于此类突变，遗传漂变（drift）和自然选择的作用达到一种微妙的平衡，其进化动态对有效群体大小（Ne）高度敏感。图1展示了弱选择下多态性水平和分化水平的理论预期：正选择和负选择分别会增加和降低预期的多态性与分化，但对分化的影响大于对多态性的影响。 * 支持子论点2：模型预测了种群大小与进化速率的关系。 文章通过设定一个“新突变选择系数分布”（dse， distribution of selective effects），并计算不同Ne下的累积分布（图2），直观展示了f‘n（近中性突变比例）如何随Ne变化。理论预测（图2d）：在仅有轻微有害突变的情况下，蛋白质进化速率（以dn/ds代表）和蛋白质多态性水平（以pn/ps代表）都应与Ne成负相关。即，群体越小，负选择清除有害突变的效率越低，导致更多的近中性有害突变能够以可观的概率被漂变固定，从而加快蛋白质进化速率并可能提高多态性水平。文章也探讨了加入少量有利突变后的模型（图3），指出在适应性演化受突变限制的情况下，dn/ds可能与Ne呈正相关，这增加了模式解释的复杂性。
文章从多个层面综述了大量研究，为近中性理论的预测提供了广泛支持。 * 支持子论点1：跨物种比较显示进化速率与群体大小的负相关。 这是近中性理论最直接的预测之一。文章列举了多个支持此模式的例子：1）灵长类（如人类）的蛋白质进化速率高于啮齿类（如小鼠），这与灵长类较小的历史有效群体大小相符。2）在细菌中，依赖宿主的共生菌（如蚜虫体内的Buchnera）或病原体的蛋白质进化速率快于其自由生活的近亲，这与共生菌因传播瓶颈和重组受限而导致的有效群体大小减小有关。3）线粒体编码的蛋白质在岛屿鸟类、大型哺乳动物（推测Ne较小）或无性生殖谱系中的进化更快。尽管这些关联中也可能混有“选择系数分布改变”（如共生环境中选择放松）或适应性进化的影响，但模式本身与近中性预测一致。 * 支持子论点2：蛋白质多态性水平与群体大小的负相关。 通过比较密切相关的物种或种群，可以更可靠地检验这一预测，因为可以假设其dse相近。文章指出：1）在酵母（Saccharomyces）不同种群中，pn/ps（估算f‘n）与ps（作为Ne的代理）呈负相关（Elyashiv等， 2010）。2）在植物多个物种中，pn/ps与估算的Ne呈负相关（Gossmann等， 2010； Slotte等， 2010）。3）人类（Ne较小）的pn/ps高于小鼠和兔子（Ne较大）。这些基于多态性的比较受适应性进化影响较小，为弱选择提供了有力证据。 * 支持子论点3：基于“散布突变群体遗传学”测试的谱系内证据。 这类方法通过比较同一基因组区域、不同功能类别（如非同义突变与同义突变）突变的多态性频率谱和分化数量，来推断选择的作用，其优势在于对群体历史等混淆因素相对稳健。大量研究一致发现：1）非同义突变相比同义突变，具有更多的低频（稀有）多态性（如Sawyer等， 1987对E. coli的研究）。2）非同义突变的多态性/固定比例（rpd）高于同义突变（McDonald-Kreitman测试）。这些模式是轻微有害突变存在的强烈信号，并在病毒、细菌、酵母、果蝇、人类、植物等众多类群中得到验证。文章也谨慎地指出，种群大小变化（祖先Ne小，当前Ne大）与轻微有害突变结合，可能在某些情况下产生类似适应性进化的虚假信号。 * 支持子论点4：补偿性进化作为弱选择与适应性交界地带的证据。 文章区分了三种补偿性进化：补偿性中性（CN）、补偿性弱选择（CWS）和补偿性修饰（CM）。其中，CWS对于近中性理论尤为重要：轻微有害突变的固定会降低适应度，而后续的（可能是弱有利的）补偿性突变可以恢复适应度，甚至在环境不变的情况下也驱动了适应性进化。这种机制被认为是维持密码子使用偏好、蛋白质稳定性等性状的重要力量。尽管在自然数据中直接验证CWS具有挑战性，但实验室研究显示了丰富的上位性相互作用，且一些系统发育中的共进化模式、以及特定背景下的进化速率逆转（如从岛屿到大陆的种群）支持补偿性进化广泛存在。
文章不仅总结证据，也深入探讨了近中性理论面临的一个根本性质疑：其预测严重依赖于一个“恰好合适”的选择系数分布（dse）。如果dse略有不同，就可能观察不到理论与数据的匹配。那么，为何自然界中如此多的突变类别和物种都表现出近中性的动态？ * 支持子论点：凹性适应度函数（Concave Fitness Functions）提供了统一的解释。 文章回顾了Wright、Kacser和Burns等人的工作，指出在许多生物化学和生理过程中，表型值（如酶活性）与适应度之间常呈“收益递减”的凹函数关系（例如双曲线）。在这种关系下，当种群因漂变和突变而偏离最优表型时，选择系数（s）的大小取决于当前所处曲线的位置。如果种群长期处在某个平衡点（由Ne、突变率等决定），那么许多小效应的突变就会自然落在 |Ne*s| ≈ 1 的范围内，表现出近中性。换言之，凹性适应度函数可以导致dse本身在不同Ne的种群中发生适应性调整，从而使得近中性成为一种普遍模式（图5）。这为看似“巧合”的参数敏感性提供了一个合理而深刻的生物学基础。
本文是一篇关于“近中性”分子演化理论的权威性、系统性综述。其重要价值在于： 1. 整合与澄清： 文章清晰梳理了近中性理论从提出到发展的逻辑脉络，将其置于与中性理论和正选择理论的辩证关系中，帮助读者理解这一理论的定位与贡献。 2. 全面综述证据： 作者从跨物种比较、种内多态性分析、散布突变测试等多个角度，汇集了截至2012年来自微生物、植物、动物（包括人类）的大量基因组数据证据，有力地论证了弱选择是蛋白质演化中一种普遍且重要的力量。 3. 直面理论挑战： 文章不回避近中性模型参数敏感性的根本弱点，并引入“凹性适应度函数”这一重要的生物学概念作为潜在的解决方案，将讨论提升到了机制探索的层面。 4. 指明未来方向： 文章在讨论部分强调，区分中性、近中性和适应性演化仍然充满挑战，并指出结合生物物理原理（如预测蛋白质稳定性和活性效应）来理解突变适应度效应，将是推进蛋白质演化研究的关键。这为后续研究提供了前瞻性的指导。
这篇综述不仅是对一个经典理论的总结，更是对分子演化领域核心议题的深度剖析。它表明，分子演化并非简单的“中性”与“选择”非此即彼的二元论，而是一个由突变、漂变和不同强度选择相互作用的连续谱。近中性理论，及其背后的弱选择思想，为我们理解这个连续谱、解释基因组复杂多样的演化模式，提供了不可或缺的理论工具。