Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
生物進化に対する制約のひとつとして、揺らぎの大きな表現型が進化しやすいという傾向（揺らぎ応答理論）が提唱されている。私たちが開発したRNAの実験進化系を使えば、遺伝型（RNA配列）から表現型（RNA構造）とその揺らぎまでを計算することができる。さらに配列をデザインすることで、揺らぎの大きさを自由に変えることもできる。本研究ではRNAの実験進化系を用いて揺らぎ応答理論を検証し、さらにこの理論に基づいて進化のしやすさを予想し制御できるかを検証する。
揺らぎ応答理論に基づくと、進化が進むほどRNAの構造揺らぎが小さくなることが予想される。2020年度では、進化途中のすべてのRNA（６４種類）について構造解析を行いこの予測が正しいかを検証した。その結果、確かに進化が進むにつれて揺らぎが減少する傾向があることを見出した。この結果から、揺らぎが大きい方が進化可能性が高い（＝適応的な変異が多い）のではないか、という仮説を立てた。つまり、揺らぎが大きいほど改良可能な部分構造が多く、ゆえにそこを良くするための適応的な変異が見つかりやすいということである。この仮説は、揺らぎの大きなRNAと揺らぎの小さなRNAについて適応的な変異の頻度を比較することで実験的に検証が可能である。実際に我々は、進化途中に現れたいくつかのRNAについて、揺らぎの大きさと適応的な変異の頻度（進化可能性の大きさ）に相関があることを見出した。さらに、進化途中に現れたRNAではなく、人為的に揺らぎの大きさを変えた約10種類のRNAを構築し、それらが持つ適応変異の頻度を測定したところ、こちらについても揺らぎの大きいものほど適応的な変異の頻度が高いことを見出した。つまり揺らぎの大きさと適応変異の頻度はただの相関ではなく、因果関係があることを示唆している。以上の結果から、RNAの揺らぎの大きさを測定することにより進化しやすさを予想することができるようになった。また同時に人為的に揺らぎの大きさを変えることによって、進化しやすさを制御できることが示唆された。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2022 2021 2020
All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results, Open Access: 3 results)
Nature Communications
Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1460-1460
10.1038/s41467-022-29113-x
Life
Volume: 12 Issue: 1 Pages: 32-32
10.3390/life12010032
ACS Synthetic Biology
Volume: 9 Issue: 7 Pages: 1771-1780
10.1021/acssynbio.0c00137
eLife
Volume: 9 Pages: 1-15
10.7554/elife.56038
