真核生物遺伝子の多様化と生物進化の関連

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09304072
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 宮田 隆 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20022692)
• 研究分担者: 岩部 直之 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80263060) ; 隈 啓一 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10221938)
• キーワード: カイメン / 円口類 / ナメクジウオ / 遺伝子族 / 遺伝子重複 / 分子系統樹 / 生物多様性

研究概要

本研究は、真核生物の進化の過程で、遺伝子の多様化がどのように進んだか、遺伝子の多様化と生物の進化の間にいかなる関連があるか、遺伝子の多様化は如何なるメカニズムで起こったか、を明らかにすることを目的とし、多数の遺伝子族の分子系統進化学的解析を基礎に理論・実験の両面から研究を進めた。シグナル伝達系や形態形成に関与する遺伝子族の解析から、互いに機能の異なる基本的遺伝子(サブタイプに相当する)のほとんどは、多細胞動物の最初期の分岐である、カイメンとそれ以外の真正後生動物の分岐(約9億年前)以前にすでに遺伝子重複で作られており、それは動物の爆発的な多様化(すなわち、カンブリア爆発)の2億年も前に完了していたことが分かった。同一サブタイプに属し、互いに機能的には類似で、発現する組織を異にする組織特異的遺伝子の多様化は、脊椎動物の進化の前半に起きたことをすでに明らかにしているが、本年度は、遺伝子重複が起きた時期をより厳密に推定するために、ナメクジウオ、円口類の2種(メクラウナギとヤツメウナギ)、軟骨魚エイからPTK及びPTP遺伝子を単離し、組織特異的遺伝子の多様化が無額類と有顎類が分岐した頃(およそ5億年前)に起きたことを、合計12の異なるサブタイプで明らかにした。またこの多様化がゲノムDNAの重複に起因することをPDGFRサブタイプで明らかにした。これらの結果を総合すると、カンブリア爆発は、遺伝子重複による新しい遺伝子の創成ではなく、既存の遺伝子を再利用して達成されたと結論できる。

研究成果

• [文献書誌] Suga H.et al.: "Extensive gene duplication in the early evolution of animals before parazoaneumetazoan split demonstrated by G proteins and protein tyrosine kinases from sponge and hydra"J. Mol. Evol.. 48. 646-653 (1999)
• [文献書誌] Ono K.et al.: "Multiple protein tyrosine phosphatases in sponge and explosive gene duplication in the early evolution of animals before the parazoan-eumetazoan split"J. Mol. Evol.. 48. 654-662 (1999)
• [文献書誌] Suga H.et al.: "Multiple TGF-b receptor related genes in sponge and ancient gene duplications before the parazoan-eumetazoan split"FEBS lett.. 453. 346-350 (1999)
• [文献書誌] Suga H.et al.: "Protein tyrosine kinase cDNAs from amphioxus, hagfish and lamprey: lsoform duplications around the divergence of cyclostomes and gnathostomes"J. Mol. Evol.. 49. 601-608 (1999)
• [文献書誌] Katoh K.et al.: "A heuristic approach of maximum likelihood methood for inferring phylogenetic tree and an application to the mammalian SOX-3 origin of the testis-determining gene SRY"FEBS Lett.. 463. 129-132 (1999)
• [文献書誌] Kuraku S.et al.: "Monophyly of lampreys and hagfishes supported by nuclear DNA-coded genes"J. Mol. Evol.. 49. 729-735 (1999)
• [文献書誌] Ono-Koyanagi K.et al.: "Protein tyrosine phosphatases from amphioxus, hagfish and ray: Divergence of tissue-specific isoform genes in the early evolution of vertebrates"J. Mol. Evol.. (in press).