研究課題
原核生物は環境中のDNAを細胞内に取り込み、細胞間で遺伝情報を交換する能力をもつ。この遺伝子水平伝播と呼ばれる過程の進化的意義について考察した。遺伝子水平伝播は突然変異によって失活した遺伝子を復元し集団における有害突然変異の蓄積(マラーのラチェット)を防ぐ効果があると考えられる。しかし、環境中のDNAは有害な変異を蓄積したことで死亡した細胞からも由来するので、平均すると環境中のDNAは生きた細胞のもつゲノムDNAよりも多くの有害変異を含み、したがって遺伝子水平伝播は有害であるとも考えられる。これらの対立する仮説を検証するため、我々は遺伝子水平伝播を起こす原核生物の集団遺伝学モデルを解析した。その結果、たとえ遺伝子水平伝播は上述の理由により平均して集団中の有害突然変異を増加させる方向に働くとしても、マラーのラチェットを防ぎ、集団の適応度を高い状態に維持するという効果がある事が分かった。単一の生態学的ニッチを占める自然界の原核生物集団において、適応的な遺伝子が集団内に広まり、やがて固定するという新規遺伝情報獲得のプロセスは、適応的な遺伝子を有したゲノムが他の全てのゲノムを自然選択によって駆逐して起きるのではなく、その遺伝子が水平伝播によって異なる複数のゲノムに伝達される事によって起きる。しかし現在のところ、どうしてこのような仕方で遺伝子の固定が起きるのかは理解されていない。そこで我々は、ウイルスの寄生などによって起こる負の頻度依存的自然選択が集団内に多様性が生じさせている場合、適応的な遺伝子の固定は遺伝子水平伝播を介さざるを得ないだろうと考えた。しかし、この場合に起きる遺伝子の固定が、先行研究が得たデータと合致するような結果をもたらすかは不明である。これを検証するため、負の頻度依存自然選択下で適応的な遺伝子の固定プロセスを記述する数理モデルを構築し解析している。
2: おおむね順調に進展している
生命の進化にとって、遺伝情報の交換という情報処理過程が重要である事を示す結果が得られた。この結果を査読付き国際誌に出版させることができた。また、遺伝情報交換の進化的意義についてさらに探求するため、自然界の原核生物から最近得られた遺伝学的データに根ざして数理モデルを構築し、その解析を開始した。モデルの検証はまだ途中である。
来年度は遺伝情報交換過程についての数理モデルの解析を完了させる。その後に触媒反応ネットワークおよびRNA複製子系における情報処理過程の可能性・起源についての研究に移る。後者の研究については、モデルの構築を終わらせ解析まで進む。また、来年度は国際学会にて初年度に得られた研究成果の発表を行い、成果のさらなる共有を計る。
すべて 2014 2013
すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)
G3 : Genes, Genomes, Genetics
巻: 4 ページ: 325-339
10.1534/g3.113.009845
