2003 Fiscal Year Annual Research Report

塩基配列擬種分布の進化と共進化の理論…特に制限酵素認識配列の進化を中心に

Research Project

Project/Area Number	14540581
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	佐々木顕九州大学, 大学院・理学研究院, 助教授 (90211937)
Keywords	制限修飾酵素 / 認識配列 / ファージエスケープ / DNA結合タンパク質 / ワード分布 / 擬種分布 / エラーカタストロフ / 有限オートマトン
Research Abstract	バクテリアの制限・修飾酵素系は、非自己の(=修飾されていない)DNAを特定の認識配列部位で切断することによりファージの感染を防ぐ生体防御システムである。これにより、寄生者ゲノムの塩基配列には強い自然選択が働く。実際、ファージゲノムにはホスト制限酵素の認識配列は極端に少ない(restriction avoidance)。本課題では、制限酵素による切断、DNA結合タンパク質の結合不良あるいは誤結合による遺伝子発現調節の乱れという選択圧がゲノムの部分配列(ワード)出現頻度をどう改変するかについての集団遺伝学モデルを構築し、有限オートマトン理論を適用することにより平衡ワード分布を解析し、以下の結果を得た: (1)特定の、認識配列にかかる自然選択によって、ゲノム中のすべてのワードについての理論出現頻度を導出した。認識配列以外のワードもランダムな分布から大きく、しかも予測不可能な方向にずれる。 (2)この選択圧下で生存可能な配列がすべてのランダム配列に占める割合は、ゲノムの長さnとともに指数的に減少する。したがって、この選択圧のもとで平衡状態における大きな突然変異過重がかかる。ランダム配列から何回の突然変異で生存可能配列に遷移できるか、つまり宿主が新しい制限酵素を導入したとき、ファージがその認識配列からエスケープするのに必要な置換数を求めた。今後、認識配列忌避のもとでの部分配列擬種分布の適応度風景や、ゲノムデータベースから生成したワード分布から個々の制限素認織配列にかかる選択圧の最尤推定(逆問題)、さらに、塩基配列データベースを用いた検証が今後の課題である。

Research Products
(15 results)

All Other

All Publications (15 results)

[Publications] Nowak M A, Sasaki A, Taylor C, Fudenberg D: "Emergence of cooperation and evolutionary stability in finite populations"Nature. 428. 646-650 (2004)
[Publications] Iwanaga A, Sasaki A: "Evolution of hierarchical cytoplasmic inheritance in plasmodial slime mould, Physarum polycephalum"Evolution. in press. (2004)
[Publications] Boots M, Hudson P J, Sasaki A: "Large shifts in pathogen virulence relate to host population structure"Science. 303. 842-845 (2004)
[Publications] Kawaguchi I, Sasaki A, Mogi TM: "Combining zooprophylaxis and insecticide spraying : a malaria-control strategy limiting the development of insecticide resistance in vector mosquitoes"Proc.Roy.Soc.Lond.B. 271. 301-309 (2003)
[Publications] Kawaeuchi I, Sasaki A, Boots M: "Why are dengue virus serotypes so distantly related ? -- Enhancement and limiting serotype similarity between strain"Proc.R.Soc.Lond.B. 270. 2241-2247 (2003)
[Publications] Sasaki A, Nowak M A: "Mutation landscapes"J.Theor.Biol.. 224. 241-247 (2003)
[Publications] Nakamaru M, Sasaki A: "Can transitive inference evolve in animals playing hawk-dove game?"J.Theor.Biol.. 222. 461-470 (2003)
[Publications] Boots M, Sasaki A: "Parasite evolution and extinctions"Ecology Letters. 6. 176-182 (2003)
[Publications] Krakauer D C, Sasaki A: "Noisy clues to the origin of life"Proc.Roy.Soc.Lond.B. 269. 2423-2428 (2002)
[Publications] Gilchrist M, Sasaki A: "Modeling host-parasite coevolution : A nested approach based on mechanistic models"J.Theor.Biol.. 218. 289-308 (2002)
[Publications] Kamo M, Sasaki A: "The effect of cross-immunity and seasonal forcing in multi-strain epidemic model"Physica D. 065. 228-241 (2002)
[Publications] Boots M, Sasaki A: "Host extinction in spatially explicit host-parasite systems"American Naturalist. 159. 761-772 (2002)
[Publications] Sasaki A, Hamilton W D, Ubeda F: "Clone mixture and a pacemaker : new facets of Red-Queen theory and ecology"Proc.Roy.Soc.Lond.B. 269. 761-772 (2002)
[Publications] Sasaki A, Kawaguchi I, Yoshimori A: "Spatial mosaic and interfacial dynamics in Mullerian mimicry system"Theor.Pop.Biol.. 61. 49-71 (2002)
[Publications] Sasaki A: "Coevolution in gene-for-gene systems. In"Adaptive Dynamics of Infectious Diseases: In pursuit of virulence management", U.Diekmann, J.A.J.Metz, W.Sabelis and K.Sigmund (Ed.), pp.233-"Cambridge University Press, Cambridge. 532 (2002)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

塩基配列擬種分布の進化と共進化の理論…特に制限酵素認識配列の進化を中心に

Principal Investigator

佐々木 顕 九州大学, 大学院・理学研究院, 助教授 (90211937)

Research Products

[Publications] Nowak M A, Sasaki A, Taylor C, Fudenberg D: "Emergence of cooperation and evolutionary stability in finite populations"Nature. 428. 646-650 (2004)

[Publications] Iwanaga A, Sasaki A: "Evolution of hierarchical cytoplasmic inheritance in plasmodial slime mould, Physarum polycephalum"Evolution. in press. (2004)

[Publications] Boots M, Hudson P J, Sasaki A: "Large shifts in pathogen virulence relate to host population structure"Science. 303. 842-845 (2004)

[Publications] Kawaguchi I, Sasaki A, Mogi TM: "Combining zooprophylaxis and insecticide spraying : a malaria-control strategy limiting the development of insecticide resistance in vector mosquitoes"Proc.Roy.Soc.Lond.B. 271. 301-309 (2003)

[Publications] Kawaeuchi I, Sasaki A, Boots M: "Why are dengue virus serotypes so distantly related ? -- Enhancement and limiting serotype similarity between strain"Proc.R.Soc.Lond.B. 270. 2241-2247 (2003)

[Publications] Sasaki A, Nowak M A: "Mutation landscapes"J.Theor.Biol.. 224. 241-247 (2003)

[Publications] Nakamaru M, Sasaki A: "Can transitive inference evolve in animals playing hawk-dove game?"J.Theor.Biol.. 222. 461-470 (2003)

[Publications] Boots M, Sasaki A: "Parasite evolution and extinctions"Ecology Letters. 6. 176-182 (2003)

[Publications] Krakauer D C, Sasaki A: "Noisy clues to the origin of life"Proc.Roy.Soc.Lond.B. 269. 2423-2428 (2002)

[Publications] Gilchrist M, Sasaki A: "Modeling host-parasite coevolution : A nested approach based on mechanistic models"J.Theor.Biol.. 218. 289-308 (2002)

[Publications] Kamo M, Sasaki A: "The effect of cross-immunity and seasonal forcing in multi-strain epidemic model"Physica D. 065. 228-241 (2002)

[Publications] Boots M, Sasaki A: "Host extinction in spatially explicit host-parasite systems"American Naturalist. 159. 761-772 (2002)

[Publications] Sasaki A, Hamilton W D, Ubeda F: "Clone mixture and a pacemaker : new facets of Red-Queen theory and ecology"Proc.Roy.Soc.Lond.B. 269. 761-772 (2002)

[Publications] Sasaki A, Kawaguchi I, Yoshimori A: "Spatial mosaic and interfacial dynamics in Mullerian mimicry system"Theor.Pop.Biol.. 61. 49-71 (2002)

[Publications] Sasaki A: "Coevolution in gene-for-gene systems. In"Adaptive Dynamics of Infectious Diseases: In pursuit of virulence management", U.Diekmann, J.A.J.Metz, W.Sabelis and K.Sigmund (Ed.), pp.233-"Cambridge University Press, Cambridge. 532 (2002)

佐々木顕九州大学, 大学院・理学研究院, 助教授 (90211937)