分子系統樹推定に用いるモデルの開発-哺乳類の多様性解明への応用-

• Project/Area Number: 16770068
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biodiversity/Systematics
• Research Institution: The Institute of Statistical Mathematics
• Principal Investigator: 曹 纓 統計数理研究所, モデリング研究系, 助手 (20370091)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2006: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2005: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 揚子江カワイルカ / ミトコンドリアDNA / 最適なトポロジー探索 / ベイズMCMC法 / コドン置換モデル / 分岐年代推定 / ペンギン目の系統関係 / SARSの伝播機構 / ミトコンドリア・ゲノム / カワイルカの系統関係 / MCMC法 / multiple references / SARS解析 / クジラ目内部系統 / トポロジー探索 / 最尤法 / コドンモデル

Research Abstract

本研究は哺乳動物の系統進化における生物学の具体的な問題を解決しながら、データ解析法の開発を進めている。昨年末世界中多くのメディアで「揚子江カワイルカ絶滅」が報じられた。私はこの貴重な生物の全mtDNA塩基配列決定に成功し、アマゾンカワイルカ、ガンジスカワイルカを含むカワイルカの系統関係および分岐年代の推定を行った。最尤法による解析を行う際に、扱う生物種の数が多いと可能である系統関係を表す系統樹の数は爆発的に増え、トポロジー空間を網羅的に探索することは困難になる。MCMC法の過程で生成されるトポロジーを保存しておくことを考えた。最終的に収斂されたそのトポロジー・セットについて最尤法解析を行なうことによって、不可能であった系統樹トポロジー探索を可能にした。新しい提案はクジラ目におけるカワイルカの系統関係の推定に用いられ、最尤系統樹の候補になるトポロジーの数を絞ることができた。また蛋白質をコードする遺伝子の塩基配列の解析において、コドン内の塩基間の相関を無視した解析の欠陥を指摘し、コドン置換モデルの有効性を明らかにした。結果として:カワイルカ類は多系統であり、南米に生息するアマゾンカワイルカとラプラタカワイルカが単系統群を形成し、ガンジスカワイルカがほかのカワイルカや海洋性イルカから先に分かれたことがミトコンドリアDNAによる解析で確認され、共同研究でSINE insertions法によって構築されたクジラ類の系統樹と一致になった。更にカワイルカの分岐年代を推定した。複数の化石証拠によるcalibrationを取り入れ、各系統で異なる進化速度などの考慮を認識する解析法を用いたため、安定した結果が得られた。マッコウクジラに続いて、ほかの歯クジラから先に分かれたガンジスカワイルカの分岐年代は3000万年前で、南米に生息するアマゾンカワイルカとラプラタカワイルカの分岐年代は1600万年〜2300万年だったとの結論になった。また東工大のグループとの共同研究でヒゲクジラ内部系統やペンギン目に関する系統解析も行って、その結果を国際学会誌に掲載した。更に中国上海復旦大学生命科学院の研究グルプと共同でSARSの伝播機構を探る研究を行い、その研究結果は学術論文で発表した。

Research Products

• [Journal Article] Computational simulation of interactions between SARS coronavirus spike mutants and host species-specific receptors (2007)
  • Author(s): Zhang, Y., Zheng, N., Nan, P., Cao, Y., Hasegawa, M., Zhong Y.
  • Journal Title: Computational Biology and Chemistry 31 Pages: 134-137
• [Journal Article] Balaenoptera omurai is a newly discovered baleen whale that represents an ancient evolutionary lineage (2006)
  • Author(s): Sasaki, T., Nikaido, M., Wada, S., Yamada, T., Cao, Y., Hasegawa, M., Okada, N.
  • Journal Title: Molecular Phylogenetics and Evolution 41 Pages: 40-52
• [Journal Article] New candidate species most closely related to penguins (2006)
  • Author(s): Watanabe, M., Nikaido, M., Tsuda, T.T., Kobayashi, T., Mindell, D., Cao, Y., Okada, N., Hasegawa, M.
  • Journal Title: Gene 378 Pages: 65-73
• [Journal Article] Balaenoptera omurai is a newly discovered baleen whale that represents an ancient evolutionary lineage (2006)
  • Author(s): Sasaki, T., Nikaido, M., Wada, S., Yamada, T., Cao, Y., Hasegawa, M., Okada, N.
  • Journal Title: Molecular Phylogenetics and Evolution in press
• [Journal Article] Detecting correlation between sequence and expression divergences in a comparative analysis of human serpin genes (2005)
  • Author(s): Li, Z., Liu, Q., Song, M., Zheng, Y., Nan, P., Cao, Y., Chen, G., Li, Y., Zhong Y.
  • Journal Title: BioSystems 82 Pages: 223-226
• [Journal Article] A molecular docking model of SARS-CoV S1 protein in complex with its receptor, human ACE2 (2005)
  • Author(s): Zhang, Y., Zheng, N., Hao, P., Cao, Y., Zhong Y.
  • Journal Title: Computational Biology and Chemistry 29 Pages: 254-257
• [Journal Article] Mitochondrial Phylogenetics and Evolution of Mysticete Whales (2005)
  • Author(s): Sasaki, T., Nikaido, M., Hamilton, H., Goto, M., Kato, H., Kanda, N., Pastene, L.A., Cao, Y., Fordyce, R., Hasegawa, M., Okada, N.
  • Journal Title: Systematic Biologists 54・1 Pages: 1-14
• [Journal Article] Detecting correlation between sequence and expression divergences in a comparative analysis of human serpin genes (2005)
  • Author(s): Li, Z., Liu, Q., Song, M., Zheng, Y., Nan, P., Cao, Y., Chen, G., Li, Y., Zhong Y.
  • Journal Title: BioSystems (in press)
• [Book] Our Ancestor : A Saga, Gene Tells听基因〓祖先的故事(中国語) (2005)
  • Author(s): 長谷川政美, 任文偉, 楊莉琴 著, 曹纓, 鍾陽 編集
  • Total Pages: 143
  • Publisher: 上海科技教育出版社