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理論構築とゲノム解析から種分化の謎を解き明かす

Research Project

Project/Area Number 20J21760
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
Research InstitutionThe Graduate University for Advanced Studies

Principal Investigator

坂本 貴洋  総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords集団遺伝学 / 種分化 / 局所適応 / 性染色体 / 表現型可塑性 / 数理モデル / 確率過程 / マラーのラチェット / 性選択
Outline of Research at the Start

1つの種が複数の種が分かれる種分化の過程で、DNA配列がどのように変化するのかを、数理モデルによって明らかにする。現在、さまざまな種のDNA配列が解析され、種分化の過程の解明が試みられている。しかし、種分化過程の違いによって、DNA配列上に残される痕跡がどのように異なるのかは十分に分かっておらず、このことは種分化過程の推定を妨げてきた。種分化過程とDNA上の痕跡の関係を理論的に明らかにし、この問題を解決したい。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、1つの種が複数の種に分かれるプロセスである種分化に注目し、DNA配列がどのように変化することで種分化が起きるのか、数理モデルを用いて明らかにすることを目的とした。まず、種分化の際に重要な自然選択と性選択を同時に受ける形質(magic trait)に注目し、その進化のプロセスを数学的な解析とシミュレーションにより明らかにした。
次に、種分化への寄与が示唆されている性染色体の進化に注目した。性染色体進化の初期段階にある魚類や両生類などの分類群では、しばしば近縁種間で性決定遺伝子や性染色体が異なっており、性決定遺伝子が遷移している。しかし、このような遷移がいつ可能で、どのような痕跡をゲノム上に残すかは分かっていなかった。そこで、遷移のメカニズムの一つとして有力視されている性拮抗選択(sexually antagonistic selection)に注目し、新しい性決定遺伝子への遷移の確率が自然選択のパラメータにどのように依存するのかを調べた。また、遷移後に残るDNA上の多型のパターンについても調べた。また、性染色体の後期段階に注目した研究も行った。進化の後期段階にあるY染色体では、組み換えが起こらず、他の染色体より有害変異を溜めこみやすい。しかし、近年のゲノム解析により、Y染色体では遺伝子重複が多数起きており、遺伝子変換と呼ばれる重複遺伝子間のDNAのやりとりが頻繁に起こっていることが分かってきた。そこで、遺伝子変換を取り入れたモデルを構築し、これがY染色体上の有害変異の蓄積にどう影響するのかを調べた。
また、表現型可塑性の進化に注目した研究を行った。表現型可塑性によって複数の環境へ適応した集団が、それぞれの局所環境に専門化すれば、種分化につながる。その初期段階として、不連続な表現型可塑性がどのように進化するのかについて、シミュレーションを用いて調べた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Muller’s ratchet of the Y chromosome with gene conversion2022

    • Author(s)
      Sakamoto Takahiro、Innan Hideki
    • Journal Title

      Genetics

      Volume: 220 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1093/genetics/iyab204

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Establishment process of a magic trait allele subject to both divergent selection and assortative mating2020

    • Author(s)
      Sakamoto T. and Innan H.
    • Journal Title

      Theoretical Population Biology

      Volume: 135 Pages: 9-18

    • DOI

      10.1016/j.tpb.2020.07.001

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Establishment of a new sex-determining allele driven by sexually antagonistic selection2020

    • Author(s)
      Sakamoto T. and Innan H.
    • Journal Title

      G3 Genes|Genomes|Genetics

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1093/g3journal/jkaa031

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 遺伝子変換を考慮したY染色体の劣化ダイナミクス2022

    • Author(s)
      坂本貴洋、印南秀樹
    • Organizer
      第24回 日本進化学会年大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 性拮抗選択によって駆動される性決定遺伝子座の遷移2021

    • Author(s)
      ○坂本貴洋、印南秀樹
    • Organizer
      第93回 日本遺伝学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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