次世代型分子データによる詳細分子生物地理の推定法の開発

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02788
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岸野 洋久 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00141987)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北田 修一 東京海洋大学, 学術研究院, 名誉教授 (10262338)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 統計科学 / ゲノム / 進化 / 生態学

Outline of Annual Research Achievements

1.密な空間サンプリングと詳細分子生物地理
カワムツに焦点を当てて、北九州へ侵入した大陸個体が在来個体群を置き換えつつ次第に分布域を広げていくプロセスを、侵入時期、河川間の移動率、侵入魚の置き換わり率で表現するモデルを構築した。要約統計量として空間自己相関の尺度およびTempletonのクレード間距離・階層クレード距離を用い、近似ベイズ推定（ABC, Approximate Bayesian Computation）によりこれらのパラメータを推定した。その結果、侵入魚の優越性が有意に検出された。
2.次世代型分子データによる集団ゲノム解析
アジア・オセアニアに広域に棲息する広食性の昆虫である、ハスモンヨトウ(Spodoptera litura) ゲノムプロジェクトのコンソーシアムに参加し、集団ゲノム解析を担当した。FSTと集団構造のモデル分析、および多次元アレル頻度の近似拡散方程式モデルの分析を行い、インド南部から中国南部、日本にまたがり遺伝的に均質であり、本種が恐らくモンスーンに流され広範囲に移動することを強く示唆する結果を得た。
3.分子系統樹の二元配置分散分析と表現型-ゲノム統合解析
分子進化と表現型の進化を結びつける新たな方法を着想した。多数の遺伝子の分子系統樹について枝・遺伝子の積型二元配置分散分析を行うことにより、遺伝子に働く機能的な制約の強さとその変動を抽出した。これを予測因子にして、最小進化の規準を前提とせずに表現型の祖先形質を復元する方法を開発した。その結果、胎盤哺乳類の祖先は群れを作らず、繁殖には季節性があったこと、昆虫を捕食し夜行性であったと推定された。社会性や一夫一婦制では全般に機能的な制約が緩むこと、社会性については脳や神経系に携わる遺伝子が予測因子として抽出されるなど、行動の遺伝的背景を理解する上でも示唆を与えた結果が得られている。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

上記1-2の課題は、ほぼ当初の計画通りに研究を進めている。加えて、課題3は当初持っていなかった着想であり、本プロジェクトの奥行きを格段に深め、広がりを持たせている。

Strategy for Future Research Activity

上記課題１については、学術誌や学会で公表していく。課題２については学術誌での発表が完了している。課題３については、開発プログラムをパッケージとして公開する予定である。

Research Products

• [Journal Article] A new approach for comprehensively describing heterogametic sex chromosomes (2018)
  • Author(s): Li, S., Ajimura, M., Chen, Z., Liu, J., Chen, E., Guo, H., Tadapatri, V., Reddy, C. G., Zhang, J., Kishino, H., Abe, H., Xia, Q., Arunkumar, K. P., and Mita, K.
  • Journal Title: DNA Research Volume: 25 Pages: in press
  • DOI: 10.1093/dnares/dsy010
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The empirical Bayes estimators of fine-scale population structure in high gene flow species (2017)
  • Author(s): Kitada, S., Nakamichi, R., and Kishino, H.
  • Journal Title: Molecular Ecology Resources Volume: 17 Pages: 1210-1222
  • DOI: 10.1111/1755-0998.12663
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genomic adaptation to polyphagy and insecticides in a major East Asian noctuid pest (2017)
  • Author(s): Cheng, T, Wu, J. et al
  • Journal Title: Nature Ecology and Evolution Volume: 1 Pages: 1747-1756
  • DOI: 10.1038/s41559-017-0314-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rates of molecular evolution suggest natural history of life history traits and a post-K-Pg nocturnal bottleneck of Placentals (2017)
  • Author(s): Wu, J., Yonezawa, T., and Kishino, H.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 27 Pages: 3025-3033
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.08.043
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Population structure and persistence of Pacific herring following the Great Tohoku earthquake (2017)
  • Author(s): Kitada, S., Yoshikai, R., Fujita, T., Hamasaki, K., Nakamichi, R., and Kishino, H.
  • Journal Title: Conservation Genetics Volume: 18 Pages: 423-437
  • DOI: 10.1007/s10592-016-0918-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression map of a complete set of gustatory receptor genes in chemosensory organs of Bombyx mori (2017)
  • Author(s): Guo, H., Cheng, T., Chen, Z., Jiang, L., Guo, Y., Liu, J., Li, S., Taniai, K., Asaoka, K., Kadono-Okuda, K., Arunkumar, K. P., Wu, J., Kishino, H., Zhang, H., Seth, R. K., Gopinathan, K. P., Montagne, N., Jacquin-Joly, E., Goldsmith, M. R., Xia, Q., and Mita, K.
  • Journal Title: Insect Biochem. Mol. Biol. Volume: 82 Pages: 74-82
  • DOI: 10.1016/j.ibmb.2017.02.001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phylogenomics and morphology of extinct paleognaths reveal the origin and evolution of the ratites (2017)
  • Author(s): Yonezawa, T., Segawa, T. et al.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 27 Pages: 68-77
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.10.029
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 分子進化速度が語るもの (2018)
  • Author(s): 岸野洋久
  • Organizer: 日本計量生物学会
  • Invited
• [Presentation] Natural history of life history traits and a post-K-Pg nocturnal bo8leneck of Placentals implicated by neutral theory (2017)
  • Author(s): Wu, J., Yonezawa, T., and Kishino, H.
  • Organizer: EMBL Conference Mammalian Genetics and Genomics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Natural history of life history traits and a post-K-Pg nocturnal bo8leneck of Placentals implicated by neutral theory (2017)
  • Author(s): 呉佳齊, 米澤隆弘, 岸野洋久
  • Organizer: 統計関連学会連合大会
• [Presentation] 分子進化速度が語る動物行動の進化 (2017)
  • Author(s): 呉佳齊, 米澤隆弘, 岸野洋久
  • Organizer: 日本行動計量学会
• [Presentation] Natural history of life history traits and a post-KPg nocturnal bottleneck of Placentals: Implications from neutral theory (2017)
  • Author(s): 呉佳齊, 米澤隆弘, 岸野洋久
  • Organizer: 日本進化学会
• [Presentation] 同一種内の淡水魚の個体群間の置き換わりで生じる地理的分断の検出 (2017)
  • Author(s): 谷口昇志, 岡崎登志夫, Bertl, J., Futschik, A., 岸野洋久
  • Organizer: 日本進化学会