分子系統学のためのソフトウェアの開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12554037
• 研究機関: 統計数理研究所
• 研究代表者: 長谷川 政美 統計数理研究所, 予測制御研究系, 教授 (60011657)
• 研究分担者: 後藤 修 産業技術総合研究所, 生命情報, 主任研究員 (40142111) ; 下平 英寿 東京工業大学, 情報理工学研究科, 講師 (00290867) ; 橋本 哲男 筑波大学, 生物科学系, 教授 (50208451) ; 岸野 洋久 東京大学, 農学生命科学研究所, 教授 (00141987)
• キーワード: 分子系統樹 / 最尤法 / 推定の偏り / モデルのミススペシフィケーション / 真獣類 / 分岐時間 / 適応的分子進化

研究概要

生物進化や生物多様性を理解するための出発点は、多様な生物の系統関係を明らかにすることである。本研究でわれわれは、DNAやたんぱく質の配列データから最尤法により分子系統樹を推定するための方法を開発した。分子系統樹推定法として広く使われている最節約法には、Long-branch-attractionに代表されるように、推定の偏りがあることが知られており、この点で最尤法は優れている。ただし、最尤法を用いても塩基やアミノ酸の置換過程について仮定したモデルが現実と大きく異なる場合には、系統樹推定に偏りが生じて、間違った系統樹が強く支持されることがある。本研究では、このようなモデル・ミススペシフィケーションによる系統樹推定の偏りを詳しく調べあげ、これを回避するための方法の開発を行なった。
われわれが独自に開発した方法を以下の様々な問題に適用し、生物学的に新しい知見を得ると同時に、データ解析法のいくつかの問題点を明らかにした:(1)ミトコンドリアゲノムと核遺伝子による真獣類の系統関係の推定、特に目レベルの関係について、(2)分子進化速度一定を仮定しない真獣類進化系統樹における分岐時間の推定、(3)人種の起源について、(4)両生類における3つの主要なグループ、無尾目、有尾目、無足目の間の関係について、(5)真核生物の初期進化と門レベルの系統関係、特にマステガアメーバの進化的位置について、(6)適応的分子進化の検出、特にマングローブ類における分子進化速度の変動の解析、(7)HIVウイルスの患者内での集団遺伝学。

研究成果

• [文献書誌] T.pupko, M.Hasegawa et al.: "Combining multiple data sets in a likelihood analysis : Which models are best?"Mol. Biol. Evol.,. 19. 2294-2307 (2002)
• [文献書誌] T.Pupko, M.Hasegawa et al.: "A branch-and-bound algolithm for the inference of ancestral amino-acid sequences when the replacement rete varies among sites : Application to the evolution of five gene families"Bioinformatics. 18. 1116-1123 (2002)
• [文献書誌] W.Martin, M.Hasegawa et al.: "Evolutionary analysis of Arabidopsis, cyanobacterial and chloraplast genomes reveals plastid phylogeny of thousands of cyanobacterial genomes in the nucleus"Proc. Natl. Acod. Sci : U.S.A.. 99. 12246-12251 (2002)
• [文献書誌] Y.Zhong, M.Hasegawa et al.: "Detecting evolutionary rate heterogeneity among mangroves and their close terrestrial relatives"Ecol. Lett.. 5. 427-432 (2002)
• [文献書誌] T.-K.Seo, M.Hasegawa, H.Kishino et al.: "Estimation of effective population size of HIV-1 within a host : a pseudomaximum-likelihood approach"Genetics. 160. 1283-1293 (2002)
• [文献書誌] N.Arisue, T.Hashimoto, M.Hasegawa et al.: "The phylogenetic position of the pelobiont Mastigamoeba balamuti based on sequences of rDNA and franslation elongation factors EF-1a and EF-2"J. Euk. Microbiol.. 49. 1-10 (2002)