抵抗性株の出現と動態の統計遺伝学的モデリングと階層ベイズ法の開発

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19300094
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岸野 洋久 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (00141987)
• 研究分担者: 渡部 輝明 高知大学, 医学部・医学情報センター, 講師 (90325415) ; 北添 康弘 高知大学, 医学部・医学情報センター, 名誉教授 (90112010)
• キーワード: 統計遺伝学 / ベイズ階層モデル / 配列進化と構造進化 / 立体構造データベース / 分子系統樹 / ゲノム組換え / MCMC / 適応度ランドスケープ

研究概要

本研究はウィルスを主たる研究対象とし、強い淘汰圧を受けた寄生種の中から適応度の高い変異株が出現し、これが集団に固定する確率を定量的に予測することを目的とした。寄生種の複雑な遺伝的多様性を測るために、配列の隣接サイト間のトポロジー組換え距離に事前分布を導入したベイズ階層モデルを開発し、この手法が組換えの位置と各部位の系統関係を偏りなくすることを確かめた。突然変異はランダムに起きるため、抵抗株の出現を正しく予測するためには、それらの適応度を定量的に評価することが重要な課題となる。遺伝子配列、立体構造とデータベースの情報を組み合わせ、ウィルスと受容体/抗体との結合能を見積もる方法を開発した。結合部位のアミノ酸は結合状態では内部に埋もれているのに対し、自由状態では表面に露出している。2状態における配列の対数尤度比により複合体の結合能を得る。結合能の変化を個体群動態モデルの係数の変化に結び付け、宿主集団の間に固定する確率の高い突然変異のタイプと出現のタイミングを計算する方法を開発した。SARSウィルスに本手法を適用したところ、突然変異のうちいくつかは、ワクチン接種を受けた宿主集団において高い確率で固定されることが予測された。本年度はプロジェクトの最終年度となる。プロジェクトを締めくくる理論・方法の論文3本を含め、実証分析を入れて10本の論文を学術専門誌上で発表した。3年間で23本となる。当初より手法の開発は2年間でほぼ完成し、最終年度は論文の刊行を主体とした成果の公表に重きを置くことを計画していたが、この計画は概ね達成されたと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Structural considerations in the fitness landscape of a virus. (2010)
  • 著者名/発表者名: Watabe, T., Kishino, H.
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution. (in press.)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lineage-specific positive selection at the merozoite surface protein 1(msp1)locus of Plasmodium vivax and related simian malaria parasites. (2010)
  • 著者名/発表者名: Sawai, H., Otani, H., Arisue, N., Palacpac, N., de Oliveira Martins, L., Pathirana, S., Handunnetti, S., Kawai, S., Kishino, H., Horii, T., Tanabe, K.
  • 雑誌名: BMC Evolutionary Biology. 10 ページ: 52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of the size of genetic bottlenecks in cell-to-cell movement of Soilborne wheat mosaic virus(SBWMV)and the possible role of the bottlenecks in speeding up selection on variation in trans-acting genes or elements. (2010)
  • 著者名/発表者名: Miyashita, S., Kishino, H.
  • 雑誌名: Journal of Virology. 84 ページ: 1828-1837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distribution of distances between topologies and its effect on detection of phylogenetic recombination. (2010)
  • 著者名/発表者名: de Oliveira Martins, L., Kishino, H.
  • 雑誌名: Annals of the Institute of Statistical Mathematics. 62 ページ: 145-159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Major contribution of dominant inheritance to autism spectrum disorder(ASD)in populationbased families. (2009)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, T., Notohara, M., Sumi, S., Takami, S., Kishino, H.
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics. 54 ページ: 721-726
  • 査読あり
• [雑誌論文] The small heat shock protein(sHSP)genes in the silkworm, Bombyx mori, and comparative analysis with other insect sHSP genes. (2009)
  • 著者名/発表者名: Li, Z-W., Li, X., Yu, Q-Y., Xiang, Z-H., Kishino, H., Zhang, Z.
  • 雑誌名: BMC Evolutionary Biology. 9 ページ: 215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical comparison of nucleotide-, amino-acid-, and codon-substitution models for the evolutionary analysis of protein-coding sequences. (2009)
  • 著者名/発表者名: Seo, T.-K., Kishino, H.
  • 雑誌名: Systematic Biology. 58 ページ: 199-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation subarea decision and population density estimation by space scale-invariance. (2009)
  • 著者名/発表者名: Koyano, H., Kishino, H.
  • 雑誌名: J.Japanese Statistical Society. 39 ページ: 77-88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic effects of long-term stock enhancement programs. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kitada, S., Shishidou, H., Sugaya, T., Kitakado, T., Hamasaki, K., Kishino, H.
  • 雑誌名: Aquaculture. 290 ページ: 69-79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimates of natural selection due to protein tertiary structure inform the ancestry of biallelic loci. (2009)
  • 著者名/発表者名: Choi, S.C., Stone, E.A., Kishino, H., Thorne, J.L.
  • 雑誌名: Gene. 441 ページ: 45-52
  • 査読あり
• [学会発表] Co-evolution of proteins and covariation of evolutionary rate. (2009)
  • 著者名/発表者名: 岸野洋久
  • 学会等名: 生物物理学会.
  • 発表場所: 徳島文理大学
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] 感染症研究における統計遺伝学的アプローチの可能性. (2009)
  • 著者名/発表者名: 岸野洋久
  • 学会等名: 統計関連学会.
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2009-09-07
• [学会発表] マラリア原虫(Plasmodium falciparum)大陸間の集団分化と遺伝的交流、集団履歴の推定 (2009)
  • 著者名/発表者名: 堀部舜, 岸野洋久, 田邉和裄
  • 学会等名: 日本進化学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2009-09-03
• [学会発表] Statistical comparison of nucleotide-, amino-acid-, and codon-substitution models for evolutionary analysis of protein-coding sequences. (2009)
  • 著者名/発表者名: Seo, T.-K., Kishino, H.
  • 学会等名: Evolution 20009, the joint annual meeting of the Society for the Study of Evolution(SSE), the Society of Systematic Biologists(SSB), and the American Society of Naturalists(ASN).
  • 発表場所: University of Idaho USA
  • 年月日: 2009-06-16
• [学会発表] Structural consideration on the fitness-landscape of virus. (2009)
  • 著者名/発表者名: Watabe, T., Kishino, H.
  • 学会等名: Society for Molecular Biology and Evolution.
  • 発表場所: University of Iowa USA
  • 年月日: 2009-06-07