集団ゲノムから探る集団内変異の進化への影響とその機能

• Project/Area Number: 13J03270
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Genetics/Genome dynamics
• Research Institution: Research Institute for Clinical Oncology, Saitama Cancer Center (2015); Kyushu University (2013-2014)
• Principal Investigator: 杉野 隆一 埼玉県立がんセンター(臨床腫瘍研究所), 理学研究院, 研究員
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,880,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: 自然選択 / 組換え / バクテリア / クローナル干渉 / 相同組換え / シミュレーションモデル / ヒッチハイキング効果 / ベイズ推定

Outline of Annual Research Achievements

生物の進化は種内に存在する遺伝的変異の集団内での拡散によって起こる。遺伝的変異に働く自然選択は進化的に有利なもの、不利なもの、中立なものに分けて考えられる。有利な突然変異率は小さいものの、正の自然選択により短期間で固定する。不利なものは固定しづらいが率が高いため影響は無視できない。
有利な突然変異が頻繁に起こると変異同士が干渉し合うため固定確率が下がる。これはclonal interference（CI）と呼ばれ、有効な集団サイズが大きな生物で見られる現象だと考えられている。ここで組換えが起こると有利な変異は独立に固定することができ、より多くの突然変異が集団中に固定することができる。同じ状況は有害な突然変異についても起こる。集団内の有害な突然変異率が高いとほとんどの個体がなんらかの有害な変異をもつため有害な変異でも固定する。固定した変異は組換えがなければ集団から取り除けないので、次々に蓄積してしまう。この不可逆な進化はマラーのラチェットと呼ばれている。いずれの場合でも、組換え自体が中立でも結果的には有利なシステムとなる。
本研究ではシミュレーションを用いて、上の理論が自然界で当てはまるのかを検証した。パラメーター（突然変異率、有効な集団の大きさ、組換え率）はバクテリアで観察されるものを用いた。まず、有利な突然変異では、CIは組換えが起こらない状況で最も影響を及ぼすが、変異率が大きくなりすぎると再びCIの影響が強くなり、有利な変異の固定確率が中立なものと変わらなくなることがわかった。そして、バクテリアのパラメーターは、組換えが有利に働く幅に収まっていた。有害変異においても変異率があがると固定確率は中立に近づいた。そして、観察される組換え率では固定率は下げられていた。
以上のことから、バクテリアにおいて組換えは進化的に有利に働いていることが示唆された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] Genome scans for positive selection African and non-African populations of Drosophila melanogaster (2014)
  • Author(s): 杉野隆一
  • Organizer: SMBE Satellite Meeting / NIG International Symposium : The Causes of Genome Evolution
  • Place of Presentation: 東レ研修センター
  • Year and Date: 2014-03-16