宿主と寄生体の共進化における普遍則を実験と理論の両面から探求する

从实验和理论探索宿主-寄生虫协同进化的普遍规则

基本信息

批准号：
17J01023
负责人：
古林太郎
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、生命の起源で想定されるような単純な自己複製系においても避けがたく発生してしまう寄生性分子(ウイルスのようなもの)が宿主との生存競争を通じて複製系に及ぼす進化的影響を、実験と理論の両面から追求することであった。理論では、区画化された単純な宿主・寄生体複製系の数理モデルの構築と解析を行った。広いパラメータ空間上での網羅的な計算機シミュレーションの結果、原始地球でも実現可能であろう単純な区画ダイナミクスのみによって複製系が安定に持続可能な条件を見出した。また、複製系が安定に持続可能となるためには区画が多数あること、区画の融合分裂頻度が大きいこと、栄養量が適度な範囲にあることなどが重要な要件であることが明らかになった。これらの知見を用いれば、宿主と寄生体の相互作用の程度を段階的に変化させた新しい進化実験の条件設定を行うことができると考えられる。この成果は、平成29年度内に論文化した。実験では、自己複製能力を持つ宿主RNAと寄生体RNAの長期的な実験進化を実施し、その進化ダイナミクスを次世代シーケンサと生化学的なアッセイにより解析した。配列解析の結果、宿主RNAは多系統に分岐進化を起こしていたこと、寄生体の側では新たな分子種が進化途中で発生していたことが判明した。生化学アッセイにより宿主と寄生体の関係がいかに発展したかを解析した結果、宿主RNA側での寄生体RNAの複製を防ぐ適応進化と、寄生体RNA側での進化後宿主への新たな寄生能力の適応進化が繰り返し起こっており、寄生体が宿主の継続進化と多様化に貢献していることを示唆していた。これらの結果は、単純な複製子集団がダーウィン進化を通じて自発的に宿主・寄生体の関係がダイナミックに変動する複雑な生態系へと発展したことを示しており、生命の初期進化について重要な知見が得られたと言える。この成果は、平成31年度に出版予定である。

这项研究的目的是在简单的自我更复制系统中不可避免地发生寄生分子（例如病毒）的进化影响，例如生命的起源，通过与宿主生存的竞争，这种复制系统对寄生分子的进化影响（如病毒）。该理论涉及构建和分析隔室化的，简单的宿主复制系统的数学模型。由于在广泛的参数空间上进行了全面的计算机仿真，我们仅通过在原始地球上可以实现的简单隔离动力学才能发现坚固且可持续的重复系统的条件。还已经揭示了，为了使复制系统保持稳定和可持续性，重要的是要有大量隔间，隔间分裂的频率很大以及中等范围的营养素。使用这些发现，人们认为可以为新的进化实验设置条件，在这种实验中，可以逐步更改宿主与寄生虫之间的相互作用程度。在2017年进行了讨论。在实验中，进行了具有自我更新能力和寄生RNA的宿主RNA的长期实验进化，并使用下一代测序仪和生物化学测定法对其进化动力学进行了分析。序列分析表明，宿主RNA在多个系统中发生了分支的演化，并且新分子物种发生在寄生虫的进化中。 The analysis of how the relationship between host and parasitic organisms has evolved through biochemical assays has led to repeated adaptive evolution, which prevents the replication of parasitic RNA on the host RNA side, and adaptive evolution of new parasitic abilities to the post-evolutionary host on the parasitic RNA side, suggesting that parasitic organisms contribute to the continuous evolution and diversification of hosts.这些结果表明，简单的复制群体自发发展为复杂的生态系统，在复杂的生态系统中，宿主 - 寄生虫关系通过达尔文的进化动态波动，并且可以说可以为生命的早期进化提供重要的见解。这项成就定于2019年发布。