GWAS, ゲノム, (古)環境に基づく多形質共適応・共進化マップの構築
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22K11950
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60030:Statistical science-related
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
岸野 洋久 中央大学, 研究開発機構, 客員研究員 (00141987)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
呉 佳齊 東海大学, 医学部, 特定研究員 (00831744)
中道 礼一郎 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(横浜), 主任研究員 (70401255)
米澤 隆弘 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (90508566)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | ゲノム / 集団ゲノム / 表現型適応 / 遺伝子発現適応 / QTL / eQTL / 集団の大きさ / 共適応 / 共進化 / 俯瞰地図 |
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| Outline of Research at the Start |
数多くの種でゲノム・集団ゲノムのデータが整備され、GWAS(ゲノムワイド関連解析)と多面発現のデータベースが公開されている。（古）環境の情報も充実してきている。本研究ではこれらを統合分析し、形質間の共適応・共進化を俯瞰する地図を構築する。種内の共適応の分析においてはSNPs(1塩基多型)を扱い、アレル頻度の時空間動態をモデリングする。種間の共進化の分析においては多遺伝子座分子系統樹を扱い、分子進化速度の遺伝子間・系統時間の変動を分析する。適応進化の歴史の相関として共適応・共進化を捉え、潜在因子を導入してこれを俯瞰し、（古）環境の情報と照らし合わせて背景因子を示唆する地図を構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度からシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)集団の集団ゲノムデータ、QTL, eQTLのデータベースを分析し、表現型適応と遺伝子発現適応のデータベースを構築してきた。グラフ表現された集団の分化、混合の歴史の中で、QTL、eQTLのアレル頻度が中立なSNPsの遺伝的浮動を超えて有意に変化したものを、表現型適応と遺伝子発現適応と定義し、データベースを構築した。今年度はこの成果を学会発表および学術論文の形で公開した。今年度はさらに、ヒト集団のSNPsとeQTLのデータベースを解析し、6177の遺伝子において遺伝子発現適応を検出した(FDR=0.05)。皮膚や毛の色素、肥満、代謝活性、尿酸、食習慣など、生理状態を表す種々の形質に関わる遺伝子の発現において、遺伝的適応がアフリカ、ヨーロッパ・中近東、南アジア、オセアニア、中南米、東アジアの間の地域差を生んだことが示唆されている。
シロイヌナズナ集団は、ロシアの中央アジアと南シベリアへの東進、スウェーデンへの北上、アゼルバイジャンへの移動、ドイツ系集団の米国への移動という4つの系統に沿って大規模な表現型適応と遺伝子発現適応を経験していた。集団のボトルネックが大規模な遺伝適応と関連した可能性が示唆された。このことを検証するために、集団の大きさに事前分布を導入した階層ベイズモデルを考案し、分化の時期と集団の大きさを同時推定する方法を開発した。このモデルは、分子系統樹から分岐年代と分子進化速度を推定する方法を、集団遺伝の言葉で読み替えたものと見ることができる。ヒトにおいては出アフリカ、アジア、オセアニア、中南米に向かう過程でのボトルネックが観察された。シロイヌナズナにおいては、表現型・遺伝子発現の大規模な遺伝的適応が起きた4つの系統で集団が細っていたことが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シロイヌナズナ集団における表現型、遺伝子発現の遺伝的適応の歴史を網羅的に検出し、成果を学会発表し、得られた知見と構築したデータベースを学術論文の形で公開した。シロイヌナズナ集団のボトルネックが大規模な遺伝適応と関連した可能性が示唆されたため、集団の大きさに事前分布を導入した階層ベイズモデルを考案し、分化の時期と集団の大きさを同時推定する方法を開発した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は最終年度となる。有効な集団の大きさと集団の分化の時期を同時推定するプログラムを完成させ、公開を目指す。ヒト集団における遺伝子発現の遺伝的適応も、データ分析はほぼ完了している。6,177の遺伝子において遺伝子発現適応が検出されたが、それらを集団史の上にマッピングして共適応のパターンを分類し、適応の背後にある要因の分析をすることが課題である。学会発表を先行させるとともに、可能な限り成果を論文化したい。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Interlocus gene conversion, natural selection, and paralog homogenization2023
Author(s)
Yang, Y., Xu, T., Conant, G., Kishino, H., Thorne, J. L., Ji, X.
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Journal Title
Molecular Biology and Evolution
Volume: 40
Issue: 9
Pages: 1-11
DOI
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Peer Reviewed / Open Access
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