ショウジョウバエの核型進化における染色体融合の適応的意義

染色体融合在果蝇核型进化中的适应性意义

基本信息

批准号：
21K19299
负责人：
田村浩一郎
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

真核生物のゲノムは、通常、複数の染色体に分かれて存在するが、その数は進化過程で変化し、近縁種間や種内で差異が生じる。このような染色体レベルの進化的変化の適応的意義を明らかにすることが本研究の目的である。アカショウジョウバエでは、性染色体と常染色体が融合して巨大なネオ性染色体ができているが、融合後24万年の間に急速に集団中に広がり固定しており、何らかの適応的利点が予想される。そこで本研究では、ネオ性染色体になったことで性染色体不分離の頻度が下がり適応的に有利になったという仮説を設定し、そのような染色体の構造レベルの進化的変化に対する自然選択の影響を検証する。そのため、系統関係を使わずにゲノムDNAの塩基座単位の進化確率を計算する方法を開発し、ゲノム全領域にわたって塩基座単位で自然選択の検出を行う。また、アカショウジョウバエとテングショウジョウバエの祖先集団を模倣した実験集団を構築して継代飼育し、世代とともにネオ性染色体の頻度が高まる方向に変化するかどうかを検証する。2022年度は、(1)前年度に系統樹を使わなくても計算ができるように改良した進化確率法について、これまでアミノ酸座位やDNA塩基座位間で変異率一定を仮定したモデルしか使えなかったが、離散型ガンマ分布モデルを用いて座位間変異に対応するモデルに改良し、その有効性をヒトの遺伝病のテストデータを用いて確認した。前年度に開始したアカショウジョウバエとテングショウジョウバエのケージ集団を用いた進化実験は前年度末に19世代目に到達した。集団ごとの染色体頻度の変化を調べるため、これまでに0、1、2、3、4、5、10世代目の親バエ集団についてpool-seq用のゲノムDNAサンプルを得た。そしてpool-seqデータのマッピングに必要な親系統のゲノム配列をNanoporeシーケンサーを用いて決定した。

真核基因组通常分为多个染色体，但是它们在进化过程中的数量发生了变化，从而导致亲戚之间和内部的差异。这项研究的目的是阐明这种进化变化在染色体水平上的适应性意义。在果蝇中，性别染色体和常染色体融合形成了大型新性别染色体，但它们迅速扩散到人群中，并在融合后的240，000年内固定，并且预计会有一些适应性优势。因此，在这项研究中，我们设定了一个假设，即新性别染色体构造降低了性别染色体式构造的频率并成为适应性优势，并检查了自然选择对此类染色体结构水平进化变化的影响。因此，已经开发了一种方法来计算基础基因座中基因组DNA的演化概率，而无需使用系统发育关系，并且在整个基因组区域的基座单元上检测到自然选择。我们还构建了模仿果蝇和果蝇的祖先种群的实验人群，并测试新性别染色体的频率是否随代人而增加。在2022财年中，（1）在上一年有所改进，可以在不使用系统发育树的情况下进行计算，仅在假设氨基酸基因座和DNA碱基基因座之间的恒定突变率中可用，但是使用离散的γ分布模型来改善其对肯定的模型，以对应于任何肯定的模型，并使用遗传性的数据进行了肯定的遗传症，并具有有效性的数据。使用果蝇和果蝇的笼子种群的进化实验始于上一年，在去年年底达到了第19代。为了研究每个群体的染色体频率的变化，获得了池seq的基因组DNA样品，用于0、1、2、3、4、5和10世代的父母蝇种群。然后使用纳米孔定序来确定绘制池序列数据所需的父母谱系的基因组序列。