病原体との共進化過程がもたらす群集の多様性と有性生殖の維持

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03269215
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 佐々木 顕 九州大学, 理学部, 助手 (90211937)
• 研究分担者: 巌佐 庸 九州大学, 理学部, 教授 (70176535)
• キーワード: 病原体 / 共進化 / 平衡淘汰 / 遺伝子系図学 / 空間構造 / 多型 / 分子進化速度 / 地理的分布

研究概要

病原体が寄主の進化にどういう影響を与えるかという観点から、今年度は(1)寄主免疫系の遺伝子の進化速度や分岐時間について、(2)病原体との相互作用によって寄主遺伝子の地理的分布がどう影響されるか、さらに(3)空間構造をもつ集団における寄主・病原体の個体群動態などの理論的な研究を行った。
(1)免疫系遺伝子の進化 病原体との相互作用によって平衡淘汰が働く寄主免疫系遺伝子(MHC抗原遺伝子など)の進化を調べるため、遺伝子頻度変化を記述する多次元拡散過程を飛躍型マルコフ過程で近似する手法を取り入れたモデルで解析した。これによって抗原決定座位の進化速度や対立遺伝子の分岐時間など検証可能で現在注目を集めている諸量につての解析的結果を得た。
(2)上記研究の拡張として、地理的構造をもつ集団における病原体・寄主の遺伝子特異的な疫学的相互作用を取り入れた個体群動態モデルを解析した。2倍体の寄主の個々の対立遺伝子が病原体の特異的感染のタ-ゲットとなる場合、寄主遺伝子頻度の非一様な地理的分布が出現すること、逆に寄主の対立遺伝子群が個々の病原体に対する抵抗性をコ-ドする場合には、各地で地理的には一様な多型が生じることなどを明らかにした。
(3)さらに病原体が空間構造をもつ寄主集団に侵入する過程を、格子モデルを用いた精密なモデルで解析した。修正デカップリング近似やモンテカルロ・シミュレ-ションによる解析によって、病原体の侵入が可能になる臨界伝染率の空間構造依存性を明らかにしたほか、病原体の蔓延によって(集団サイズが無限でも)寄主集団が絶滅するパラメ-タ領域が存在することを理論的に初めて示すことができた。

研究成果

• [文献書誌] Sasaki,A.and Iwasa,Y.: "Optimal Growth Schedule of Pathogens within A Host:Switching Between Lytic and Latent Cycles." Theor.Pop.Biol.39. 201-239 (1991)
• [文献書誌] Sasaki,A: "Pathogen Pressure on The Geographical Differentiation of Host Genes." manuscript. (1992)
• [文献書誌] Matsuda,H.,Ogita,N.,Sasaki,A.and K.: "The Lattice LotkaーVolterra Model." Prog.Theor.Physics. (1992)
• [文献書誌] Sato,K.,Matsuda,H.and Sasaki,A.: "Invasion and Extermination of A Geographically Structured Host Population by Pathogens." manuscript. (1992)
• [文献書誌] Inutsuka,H.,Matsuda,H.,and Sasaki,A.: "Evolutionary Mechanisms Acting on The Evolution of Major Histocompatibility Complex Multigene Family." manuscript. (1992)
• [文献書誌] Sasaki,A.: "The Evolution of Host and Pathogen Genes under Epidemiological Interaction.In“Proceeding of the 17th Taniguchi international Symposium on Population PaleoーGenetics"" Springer,New York, (1992)