Statistical modeling of highly-resolved phylogeography based on molecular data of new generation

2018 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

ゲノムデータのコストが急速に縮小しており、今後この傾向はますます強くなっていく。これに伴い集団遺伝の方法論も進化しているが、データの性格の質的な変化に十分に対応できているとは言えない。本研究では特に、詳細な分子生物地理学的な情報を得るための時空間統計モデルと推定手法を開発することを目的とした。
プロジェクトでは、アジア・オセアニアに広域に棲息する多食性の重要害虫である、ハスモンヨトウ(Spodoptera litura) について、詳細な空間的集団構造の分析を行った。また、広範囲に混じり合う海洋生物において、水温や塩分などの環境や増養殖に影響されて生成される遺伝的な不均質性の微かなシグナルを高感度に検出する方法を提示し、プログラムパッケージを公開した。さらに、研究を進める中で、分子進化速度が遺伝子に働く機能的な制約の強さと関連していることに注目して、ゲノムと形質の種間比較から生活史の形質の遺伝的背景を明らかにする方法を提案した。
最終年度となる本年度は、日本産淡水魚の分子生物地理研究において、種内の置き換わりは無視できない要素であることを主張する論文をまとめた。現在査読中である。また、集団ゲノムと形質、環境のデータを統合し、グラフィカルモデルを通して地域的変異から環境への適応とその遺伝的背景を包括的に捉える方法を開発した。ビッグデータの解析ではベイズの枠組みが中心的な役割を担うが、そこでは実用的な時間内に答えを出すアルゴリズムの開発が最大の課題となる。本研究では近年勃興してきた変分法をゲノム進化の推測に導入し、その有効性を証明した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Stochastic variational inference for Bayesian phylogenetics: A case of CAT model (2019)
  • Author(s): Dang, T. T. and Kishino, H.
  • Journal Title: Molecular Biology and Evolution Volume: 36 Pages: 825-833
  • DOI: doi:10.1093/molbev/msz020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rigorous monitoring of a large-scale marine stock enhancement program demonstrates the need for comprehensive management of fisheries and nursery habitat. (2019)
  • Author(s): Kitada, S., Nakajima, K., Hamasaki, K., Shishidou, H., Waples, R., and Kishino, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 5290
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-39050-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [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: 375-382
  • DOI: doi: 10.1093/dnares/dsy010
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Bridging molecular evolution and phenotypic evolution (2018)
  • Author(s): Kishino, H.
  • Organizer: University of Linz
  • Invited
• [Presentation] Stochastic variational inference of mixture models in phylogenetics. (2018)
  • Author(s): Dang, T. and Kishino, H.
  • Organizer: 統計関連学会連合大会.
• [Presentation] Stochastic Variational Inference of Mixture Models in Phylogenetics (2018)
  • Author(s): Dang, T. and Kishino, H.
  • Organizer: 日本進化学会
• [Presentation] Fast approximate inference for phylogenetic reconstruction via stochastic variational inference in large data sets (2018)
  • Author(s): Dang, T. and Kishino, H.
  • Organizer: Society of Molecular Biology and Evolution.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Rates of molecular evolution suggest life history and a post-K-Pg nocturnal bottleneck of Placentals (2018)
  • Author(s): Wu, J., Yonezawa, T., and Kishino, H.
  • Organizer: Society of Molecular Biology and Evolution.
  • Int'l Joint Research
• [Book] Tree Evaluation and Robustness Testing. In Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology (edited by Ranganathan, S., Nakai, K., Schönbach, C., and Gribskov, M.). Pp. 736-745 (2019)
  • Author(s): Mariadassou, M, Bar-Hen, A. and Kishino, H.
  • Total Pages: 3284
  • Publisher: Academic Press
  • ISBN: 0128114142