生殖隔離における種間非対称性の進化生態学的起源

生殖隔离中种间不对称的进化生态起源

基本信息

批准号：
21K15160
负责人：
山口諒
金额：
$ 3万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15160/
关键词：
種分化生物系統地理数理モデル

项目摘要

種間の非対称な交配選好性の進化生態学的起源として、これまで本研究の実施を通して個体群動態を考慮することの重要性が明らかとなった。特に進化的な長期のタイムスケールにおいて、古典的には集団サイズが一定と仮定される一方、絶滅リスクを明示的に考慮することによって全く異なる進化パターンが出現することを理論的に解析した。例として、新たな環境への局所適応では、その初期（適応度地形の麓に位置する時点）では適応度が低い個体が大半を占め、集団サイズは小さく、適応するにつれて個体数が回復する。この絶滅リスクを回避するためには、適応度を大幅に回復させるような、表現型上も大きな効果を持つ突然変異の発生と蓄積を待たなければならない。絶滅を回避して長期にわたって生存した親集団同士を交雑させ、その交雑個体の適応度計算を行った結果、絶滅リスクの高かった集団間で種分化可能性も高いことが明らかとなった。これは、絶滅を回避するために各親集団で必要であった表現型上効果の大きな変異が、交雑個体の中で不和合を起こし、結果として適応度の頂点から離れてしまうことに起因する。急速な適応とそれに伴う絶滅リスクと引き換えに生殖隔離の進化速度が加速するという理論を‘種分化の不死鳥仮説’と命名した。また、近縁種の二次的接触の際に、同類交配の強度が両種の安定共存にもたらす条件を理論的に明らかにした。オオヨモギハムシの北海道野外集団を用いたゲノム解析では、交配前隔離に非対称性のある3集団の各組み合わせについて、感覚器である触角を含む頭部および前脚の発現変動遺伝子解析を行った結果、各集団間で複数遺伝子について有意な差を検出している。今後さらに生物学的な解釈を可能とする解析を行い、交配前隔離の非対称性に貢献する遺伝的メカニズムとその進化的背景に関する議論を行う。

通过这项研究的实施，将种群动态视为物种间不对称交配偏好的进化生态起源的重要性已经变得清晰。我们从理论上分析，虽然传统上假设种群规模是恒定的，尤其是在较长的进化时间尺度上，但通过明确考虑灭绝风险，会出现完全不同的进化模式。例如，在局部适应新环境时，最初（在适应度景观的脚下）种群以适应度低的个体为主，种群规模较小，种群在适应过程中恢复。为了避免这种灭绝的风险，我们必须等待具有大表型效应、可以显着恢复适应度的突变的发生和积累。通过对灭绝并存活了很长一段时间的亲代种群进行杂交，并计算杂交个体的适应度，我们发现，濒临灭绝的种群之间存在着很高的物种形成可能性。这是因为每个亲本群体中为了避免灭绝而必需的大的表型有效突变会导致杂交个体的不相容性，导致它们远离适应峰值。该理论认为，生殖隔离的进化速度加快，以换取快速适应和相关的灭绝风险，这一理论被称为“物种形成的凤凰假说”。我们还从理论上阐明了选型交配的强度为近缘物种在二次接触过程中稳定共存带来的条件。在使用北海道田间日本粘虫甲虫种群进行的基因组分析中，我们分析了在交配前隔离中具有不对称性的三个种群的每种组合的头部和前腿（包括作为感觉器官的触角）的基因表达变化。在人群之间检测到多个基因。将来，我们将进行分析以实现进一步的生物学解释，并讨论导致交配前隔离不对称的遗传机制及其进化背景。