相利共生系における水平伝達型から垂直伝達型に至る進化過程の理論的解明

共生系统从水平传播到垂直传播的演化过程的理论阐释

基本信息

批准号：
22K15185
负责人：
内海邑
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、相利関係が共生者選択によって維持される水平伝達型から、垂直伝達自体によって維持される垂直伝達型への進化的な移行過程を明らかにすることである。そのために、水平伝達と垂直伝達が混在した下での、宿主による共生者選択と、共生者による協力の共進化モデルを構築した。このモデルを縮約し、どのような条件で水平伝達型から垂直伝達型へ移行できるのかを理論的に解析した。その結果、まず共生者選択のやり方に依存して進化的帰結が異なることが明らかになった。具体的には共生前に共生者を選ぶのか、共生後に共生者との関係を打ち切るのかという違いによって、水平伝達型から垂直伝達型への移行途中で相利関係が崩壊してしまう場合があることが示された。また、共生を通した宿主の利益が決定的に重要で、それが小さい時に移行過程での崩壊が生じることも明らかになった。また、数理的には、このような相利系の崩壊がサドル-ノード分岐を通して生じることが分かった。さらに、派生したモデルにおいて、適応進化によって絶滅に向かう進化的自殺と垂直伝達との関係も明らかになった。進化的自殺は寄生関係では難しく、相利関係で特異的に起こり得る。しかし、微生物と宿主の感染動態を表すSIモデルでは垂直伝達率がある閾値よりも高い場合にその関係が逆転し、相利関係で進化的自殺が起きなくなることが分かった。一方、サンゴ-褐虫藻のように宿主が共生系に絶対的に依存する場合や共生のない送粉系のような場合には、垂直伝達率が進化的自殺の可否に影響しないことも分かった。

这项研究的目的是阐明从水平转移类型中的进化过渡过程，在这种过渡过程中，通过共生选择来维持垂直转移类型，在垂直转移中通过垂直转移本身维持垂直转移。为此，我们在水平和垂直传播的混合物下构建了基于宿主的共生选择和共生合作的共同进化模型。该模型减少了，理论上分析了从水平传输类型过渡到哪些条件。结果表明，进化后果首先取决于共生选择方法。具体而言，已经表明，在从水平传播到垂直传播类型的过渡过程中，相互利益关系可能会崩溃，具体取决于是否在共生之前选择共生，或者与共生学的关系是在共生后终止的。还揭示了通过共生的宿主益处至关重要，当这种情况发生时，在过渡过程中会造成破坏。还发现，从数学上讲，这种相互利益系统的细分是通过鞍节分支发生的。此外，在派生模型中也揭示了进化自杀与垂直传播之间的关系，从而通过适应性进化导致了灭绝。在寄生关系中，进化自杀很困难，并且可以特别出于共同利益而发生。但是，在代表微生物和宿主的感染动力学的SI模型中，当垂直传播速率高于一定阈值时，这种关系会逆转，并且相互利益关系可防止进化自杀。另一方面，还发现，在宿主绝对取决于共生系统（例如珊瑚zooxanthellae）或无共生授粉系统的情况下，垂直传输速率不会影响进化自杀的可能性。