Evolving networks as coupled differential equations: a phenotypic model of Dipterans during embryogenesis

An elaborate network of genes defines the genetic profile along the anteroposterioraxis of certain individuals in the Diptera family, establishing a robust pattern that differsslightly between species. Differences in the segmentation gene pattern of Drosophilaand Anopheles suggest that the parameters defining their networks evolved differentlyfrom the last common ancestor onwards. The study of the evolution of thenetwork, defined by a set of differential equations, using our genetic algorithm revealsa phenotypic pathway that explains these dissimilarities while conserving thenecessary conditions for viable species. This computational search through a modeland parameter "hyperspace" using the genetic algorithm predicts homologies betweendifferent stripe modules for the invariant target gene, eve. Additionally, anetwork model is further developed to explain the polarity of the pair-rule gene patternexpressed in the embryo, which suggests that ancestral Dipteran exploited adynamic network to establish a proper periodic pattern of the other segmentationgenes with respect to eve.Un réseau complexe de gènes définit le profil génétique selon l'axe antéro-postérieurde certains individus de la famille des diptères et établit un modèle robuste qui diffèrelégèrement entre les espèces. Les différences dans la configuration spatiale desgènes de segmentation de Drosophila et Anopheles suggèrent que les paramètresdéfinissant leurs réseaux ont évolué différemment à partir de leur dernier ancêtre commun. L'étude du réseau, défini par un ensemble d'équations différentielles, en utilisantnotre algorithme génétique révèle une trajectoire phénotypique qui explique cesdifférences tout en conservant des conditions nécessaires pour garder des espèces viablespendant l'évolution. Cette recherche à travers un "hyperespace" de paramètresen utilisant l'algorithme génétique prédit des homologies entre les différents modulescontrôlant les bandes de gène cible invariant eve. De plus, un modèle de réseau estdéveloppé pour expliquer la polarité du motif de gènes de segmentation exprimés dansl'embryon, ce qui suggère que cette éspèce ancestrale exploitait un réseau dynamiquepour établir un motif périodique des autres gènes de segmentation par rapport à eve