ゲノム構造比較と遺伝子系統解析による進化機構の基礎的研究

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16710144
• Research Institution: The Institute of Statistical Mathematics
• Principal Investigator: 足立 淳 統計数理研究所, モデリング研究系, 助教授 (30370092)
• Keywords: 分子進化 / 分子系統樹 / ゲノム構造 / 遺伝子

Research Abstract

本研究の目的はゲノム構造の進化の歴史を復元し、進化の機構を解明することにある。
遺伝子の重複は遺伝子ファミリーの進化の引き金になるので、その歴史を遡ることは重要である。遺伝子の重複順番の解明には、個々の遺伝子の機能的変化や機能消失を考慮した分子系統学的な手法を、新たに開発し解析することが必要である.相同な遺伝子の系統関係と、ゲノム上での互いの遺伝子の位置関係から、種間におけるゲノム構造の変異の歴史的順番を数値的最適化の手法によって解明する。分子系統学とゲノム比較を組み合わせることによって、ある遺伝子の進化の引き金となった突然変異が、ゲノム上で何時どのように起こったかを推定することができる。個々の突然変異が定着してきた歴史を解明することは、進化のメカニズムを知るための第一歩となる。このように複数の生物のゲノムを遺伝子レベルで比較すると同時に、生物間の系統と遺伝子ファミリーの進化を同時に解析する。
今年度は以下の具体的な研究ステップのうち、2の開発と3の研究を中心に行った。
1 遺伝子とゲノムのマッピング:既知遺伝子とゲノム配列を比較し相同性部分を切り出す。
2 遺伝子ファミリーの系統関係の推定:重複遺伝子の機能の変化や消失に起因する進化速度の変化に対応した最尤法による分子系統樹推定法を開発。相同性がある配列間の系統関係を推定。
3 ゲノム構造の変異の歴史を復元:遺伝子系統関係とゲノム上での位置関係から、ゲノム構造の種間差異を説明できる変異の順番を推定。2の系統関係の推定結果と互いに矛盾が無くなるになるように、それぞれの方法を改良し、矛盾が最小になるように集束させる。
4 進化を引き起こした突然変異の同定:各遺伝子の進化の引き金となった突然変異を同定。
5 突然変異の種類と頻度を推定:遺伝子重複をもたらす突然変異には、染色体倍数化、分節的重複、反復配列などがあるが、それぞれの変異の頻度を推定し、その進化への影響度を考察。
6 進化のメカニズムの解明:進化に影響を与えた突然変異と、それによって獲得された機能の解明を目指す。