抵抗性株の出現と動態の統計遺伝学的モデリングと階層ベイズ法の開発

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19300094
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岸野 洋久 The University of Tokyo, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (00141987)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡部 輝明 高知大学, 医学部・医学情報センター, 講師 (90325415) ; 北添 康弘 高知大学, 医学部・医学情報センター, 名誉教授 (90112010)
• Keywords: 統計遺伝学 / ベイズ階層モデル / 配列進化と構造進化 / 立体構造データベース / 分子系統樹 / ゲノム組換え / MCMC / 適応度ランドスケープ

Research Abstract

本研究はウィルスを主たる研究対象とし、強い淘汰圧を受けた寄生種の中から適応度の高い変異株が出現し、これが集団に固定する確率を定量的に予測することを目的とした。寄生種の複雑な遺伝的多様性を測るために、配列の隣接サイト間のトポロジー組換え距離に事前分布を導入したベイズ階層モデルを開発し、この手法が組換えの位置と各部位の系統関係を偏りなくすることを確かめた。突然変異はランダムに起きるため、抵抗株の出現を正しく予測するためには、それらの適応度を定量的に評価することが重要な課題となる。遺伝子配列、立体構造とデータベースの情報を組み合わせ、ウィルスと受容体/抗体との結合能を見積もる方法を開発した。結合部位のアミノ酸は結合状態では内部に埋もれているのに対し、自由状態では表面に露出している。2状態における配列の対数尤度比により複合体の結合能を得る。結合能の変化を個体群動態モデルの係数の変化に結び付け、宿主集団の間に固定する確率の高い突然変異のタイプと出現のタイミングを計算する方法を開発した。SARSウィルスに本手法を適用したところ、突然変異のうちいくつかは、ワクチン接種を受けた宿主集団において高い確率で固定されることが予測された。本年度はプロジェクトの最終年度となる。プロジェクトを締めくくる理論・方法の論文3本を含め、実証分析を入れて10本の論文を学術専門誌上で発表した。3年間で23本となる。当初より手法の開発は2年間でほぼ完成し、最終年度は論文の刊行を主体とした成果の公表に重きを置くことを計画していたが、この計画は概ね達成されたと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Structural considerations in the fitness landscape of a virus. (2010)
  • Author(s): Watabe, T., Kishino, H.
  • Journal Title: Molecular Biology and Evolution. (in press.)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lineage-specific positive selection at the merozoite surface protein 1(msp1)locus of Plasmodium vivax and related simian malaria parasites. (2010)
  • Author(s): Sawai, H., Otani, H., Arisue, N., Palacpac, N., de Oliveira Martins, L., Pathirana, S., Handunnetti, S., Kawai, S., Kishino, H., Horii, T., Tanabe, K.
  • Journal Title: BMC Evolutionary Biology. 10 Pages: 52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of the size of genetic bottlenecks in cell-to-cell movement of Soilborne wheat mosaic virus(SBWMV)and the possible role of the bottlenecks in speeding up selection on variation in trans-acting genes or elements. (2010)
  • Author(s): Miyashita, S., Kishino, H.
  • Journal Title: Journal of Virology. 84 Pages: 1828-1837
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distribution of distances between topologies and its effect on detection of phylogenetic recombination. (2010)
  • Author(s): de Oliveira Martins, L., Kishino, H.
  • Journal Title: Annals of the Institute of Statistical Mathematics. 62 Pages: 145-159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Major contribution of dominant inheritance to autism spectrum disorder(ASD)in populationbased families. (2009)
  • Author(s): Nishiyama, T., Notohara, M., Sumi, S., Takami, S., Kishino, H.
  • Journal Title: Journal of Human Genetics. 54 Pages: 721-726
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The small heat shock protein(sHSP)genes in the silkworm, Bombyx mori, and comparative analysis with other insect sHSP genes. (2009)
  • Author(s): Li, Z-W., Li, X., Yu, Q-Y., Xiang, Z-H., Kishino, H., Zhang, Z.
  • Journal Title: BMC Evolutionary Biology. 9 Pages: 215
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Statistical comparison of nucleotide-, amino-acid-, and codon-substitution models for the evolutionary analysis of protein-coding sequences. (2009)
  • Author(s): Seo, T.-K., Kishino, H.
  • Journal Title: Systematic Biology. 58 Pages: 199-210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation subarea decision and population density estimation by space scale-invariance. (2009)
  • Author(s): Koyano, H., Kishino, H.
  • Journal Title: J.Japanese Statistical Society. 39 Pages: 77-88
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic effects of long-term stock enhancement programs. (2009)
  • Author(s): Kitada, S., Shishidou, H., Sugaya, T., Kitakado, T., Hamasaki, K., Kishino, H.
  • Journal Title: Aquaculture. 290 Pages: 69-79
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimates of natural selection due to protein tertiary structure inform the ancestry of biallelic loci. (2009)
  • Author(s): Choi, S.C., Stone, E.A., Kishino, H., Thorne, J.L.
  • Journal Title: Gene. 441 Pages: 45-52
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Co-evolution of proteins and covariation of evolutionary rate. (2009)
  • Author(s): 岸野洋久
  • Organizer: 生物物理学会.
  • Place of Presentation: 徳島文理大学
  • Year and Date: 2009-10-30
• [Presentation] 感染症研究における統計遺伝学的アプローチの可能性. (2009)
  • Author(s): 岸野洋久
  • Organizer: 統計関連学会.
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 2009-09-07
• [Presentation] マラリア原虫(Plasmodium falciparum)大陸間の集団分化と遺伝的交流、集団履歴の推定 (2009)
  • Author(s): 堀部舜, 岸野洋久, 田邉和裄
  • Organizer: 日本進化学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2009-09-03
• [Presentation] Statistical comparison of nucleotide-, amino-acid-, and codon-substitution models for evolutionary analysis of protein-coding sequences. (2009)
  • Author(s): Seo, T.-K., Kishino, H.
  • Organizer: Evolution 20009, the joint annual meeting of the Society for the Study of Evolution(SSE), the Society of Systematic Biologists(SSB), and the American Society of Naturalists(ASN).
  • Place of Presentation: University of Idaho USA
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] Structural consideration on the fitness-landscape of virus. (2009)
  • Author(s): Watabe, T., Kishino, H.
  • Organizer: Society for Molecular Biology and Evolution.
  • Place of Presentation: University of Iowa USA
  • Year and Date: 2009-06-07