霊長類の進化とコドン使用パタ-ン

灵长类动物进化和密码子使用模式

基本信息

批准号：
03222204
负责人：
宝来聰
金额：
$ 1.28万
依托单位：
National Institute of Genetics
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1991
资助国家：
日本
起止时间：
1991 至 1992
项目状态：
已结题

项目摘要

ヒト上科における分子進化の様相を明かにするため、ミトコンドリアDNAの4.9kbの相同領域の塩基配列を、ヒト上科4種・チンパンジ-、ピグミ-チンパンジ-、ゴリラ、オランウ-タンにおいて決定した。この領域には、11個のtRNA遺伝子、6個のタンパク質遺伝子(ND1、ND2、COI、COII、ATPase8、ATPAse6)が含まれている。既に、全塩基配列が決定されているヒトの配列と合わせて整列し、各種間の塩基間の塩基置換数を算出した。各種間における塩基配列の相同性は、チンパンジ-・ピグミ-チンパンジ-間で96%、ヒトと2種のチンパンジ-間で91〜92%、ヒトとゴリラ間で89%、ゴリラと2種のチンパンジ-間で89〜90%、オランウ-タンと他の4種間では約85%であった。種間の塩基置換数に基づいて、ミトコンドリアDNAの分子系統樹を構築した。まず、チンパンジ-とピグミ-チンパンジ-がクラスタ-し、ついで、ヒト、ゴリラ、オランウ-タンの順でクラスタ-する系統関係が得られた。さらに、6個のミトコンドリアタンパク質のアミノ酸配列を5種間で比較した結果、各タンパク質は種間のアミノ酸配列の相同性の程度によって3つのグル-プ分類された。第1のグル-プは種間でアミノ酸配列がよく保存されているもので、COIとCOIIがこれに含まれる。第2のグル-プはアミノ酸置換のよく起こっているATPase8である。第3のグル-プは前2グル-プの中間型となるもので、ND1、ND2およびATPase6が含まれる。このことは、各々のミトコンドリアタンパク質において、機能上の制約の程度がかなり異なることを示唆している。さらに各タンパク質遺伝子で同義塩基置換と非同義塩基置換の割合を比較した。ヒト、チンパンジ-、ピグミ-チンパンジ-およびゴリラを系統的に遠いオランウ-タンと比較したところ、COIおよびCOIIでは50%以上が同義置換であるのに対し、非同義置換は1〜3%と低く抑えられていることが明かとなった。一方、ATPase8では、同義置換の割合が34〜39%であるのに対し、非同義置換は21〜23%と高い割合を示した。またND1およびND2では、同義置換が24〜47%であるのに対し、非同義置換は7〜9%の間にあった。さらに、ATPase6では同義置換の割合は50〜55%であるのに対し、非同義置換は7〜10%であった。このようにミトコンドリアDNAにコ-ドされる各タンパク質遺伝子の間で塩基置換の様相をきわめて異にすることが明かとなった。

为了阐明人类总科分子进化的各个方面，我们确定了人类总科四个物种（黑猩猩、侏儒黑猩猩、大猩猩和猩猩）线粒体DNA 4.9 kb 同源区域的碱基序列。该区域包含 11 个 tRNA 基因和 6 个蛋白质基因（ND1、ND2、COI、COII、ATPase8、ATPase6）。将它们与已确定整个碱基序列的人类序列进行比对，并计算每个物种的碱基之间的碱基替换数。各物种之间的核苷酸序列同源性在黑猩猩、侏儒和黑猩猩之间为96%，人类与两种黑猩猩之间为91-92%，人类与大猩猩之间为89%，以及大猩猩与两种黑猩猩之间为-89。猩猩之间的比例为 % 到 90%，猩猩和其他四个物种之间的比例约为 85%。根据物种间碱基替换的数量构建了线粒体DNA的分子系统发育树。首先，获得了黑猩猩和侏儒聚集在一起的系统发育关系，其次是人类、大猩猩和猩猩。此外，通过比较五个物种中六种线粒体蛋白的氨基酸序列，根据物种之间氨基酸序列同源性的程度将每种蛋白质分为三组。第一组的氨基酸序列在物种之间非常保守，包括 COI 和 COII。第二组是 ATPase 8，它经常发生氨基酸取代。第三组介于前两组之间，包括 ND1、ND2 和 ATPase6。这表明每种线粒体蛋白的功能限制程度差异很大。此外，我们还比较了每个蛋白质基因中同义和非同义碱基取代的比例。将人类、黑猩猩、俾格米人、黑猩猩和大猩猩与系统发育较远的猩猩进行比较，COI 和 COII 具有超过 50% 的同义替换，而非同义替换则低至 1-3%，很明显它受到了抑制。另一方面，在ATPase8中，同义取代的比例为34-39%，而非同义取代的比例高达21-23%。此外，对于 ND1 和 ND2，同义替换为 24-47%，而非同义替换为 7-9%。此外，在ATPase6中，同义取代的比例为50-55％，而非同义取代的比例为7-10％。通过这种方式，我们可以清楚地看出，线粒体 DNA 编码的蛋白质基因之间的碱基替换以非常不同的方式发生。