Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
古くから倍数体生物は環境変動などへの適応能力が高いことが示唆されているが、その基本原理の解明には至っていない。これまで、ゲノム重複により冗長性が生じ、正常な遺伝子を保持したまま、コピー遺伝子を改変でき、新規形質の進化が促進されると考えられている。しかし1細胞あたりのゲノムコピー数が多い状態では、1つのゲノムに変異が入っても、その他の正常コピーによってその効果が弱められるため、変異の効果が表現型として現れにくく、結果として進化速度は遅くなる。本研究では、この二つの概念を統合して、ゲノム倍数体の進化を実験生物学により定量的に捉え、ゲノム倍数化と進化に関する普遍的な原理の解明を目指す。
ゲノム倍数化は、現存する様々な生物種において観測される形質である。古くから倍数体生物は環境変動などへの適応能力が高いことが示唆されているが、その基本原理の解明には至っていない。本課題では、一見矛盾するゲノム倍数性の進化に対する影響を、実験と理論の両面から定量的に捉え、ゲノム倍数化と進化の間に存在する普遍原理の解明を目指した。この問題を解くためには、変異したゲノム固定率を定量する必要があったが、昨年度までに変異が固定されるまでの世代数を定量できた。最終年度はこの定量したパラメータをこれまでの進化モデルに適用し、実際にシミュレーションを行った。その結果、驚いたことにゲノム数が多くなるにつれ、進化速度が上昇することがわかった。さらに、多ければ多いほどいいわけではなく、そこには最適なゲノム数が存在し、約10~20コピー程度で進化速度が最大になり、それ以上になると進化速度は遅くなることが示され、ゲノムコピー数（倍数性）と進化との関係性において新たな仮説を提唱した。さらに、実験的にもこの現象を確かめるために、倍数性の異なるシアノバクテリアを用いて薬剤存在下での進化速度を検証した。その結果、確かにゲノムコピー数が多い種ほど進化速度が速いことが実験的にもわかってきた。しかし、ゲノム数が30コピー程度のシアノバクテリアまでしか検証できておらず、それ以上のコピー数で本当に進化速度は遅くなるのかは実験的には検証できていない。さらに、この進化速度の変化は種間の変異率によるものかどうかを検証するため、それぞれの種において40系統分変異蓄積実験を行い、全ゲノムシーケンスにより変異箇所の同定と変異率の算出を試みた。詳細は現在解析中である。以上のように、研究期間内に倍数ゲノムの遺伝様式を明らかにし、それに伴う進化可能性を実験、理論の両面から検証でき、新たな進化仮説を提唱することができた。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022 2020
All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results, Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)
bioRxiv
Volume: -
10.1101/2022.10.29.514387
Plant Physiology
Volume: 183 Issue: 4 Pages: 1484-1501
10.1104/pp.20.00469
Frontiers in Microbiology
Volume: 11 Pages: 786-786
10.3389/fmicb.2020.00786
