GWAS, ゲノム, (古)環境に基づく多形質共適応・共進化マップの構築

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シロイヌナズナ集団は、生息域の拡大や環境変化の結果、未経験の生物的・非生物的ストレスにさらされてきた。これらのストレスは、遺伝子発現やタンパク質活性を変化させることにより、適応的な生理的状態を生み出す対立遺伝子を選択する可能性がある。そこで、A.thalianaの集団史における遺伝的適応の全体像を把握するために、表現型適応と遺伝子発現適応のデータベースを構築した。ゲノム中の全SNPsに対して、248形質49,973個のQTLと2,879遺伝子の16,672個のeQTLにおける対立遺伝子頻度の動態を解析し、表現型値の変化に結び付く650個の表現型適応と遺伝子発現レベルの変化に結び付く3,925個の遺伝子発現適応を確認した(FDR=0.05)。この集団は、ロシアの中央アジアと南シベリアへの東進、スウェーデンへの北上、アゼルバイジャンへの移動、ドイツ系住民の米国への移動という4つの系統において大規模な表現型適応と遺伝子発現適応が検出された。極端に寒い冬と短い夏が種子の休眠を長引かせ、根系を拡大させた。低温は生育期を延長し、低光量は葉緑体活動の活発化を必要とした。亜熱帯で湿度の高い環境は、生物・非生物ストレスに対応する植物ホルモンのシグナル伝達経路を強化した。重金属への曝露により、土壌からの重金属の取り込みが少ない、成長速度が低い、細菌に対する抵抗性が低い、光合成遺伝子の発現量が高いなどの特徴を持つ対立遺伝子が選択された。適応の特定の側面に焦点を当てた研究を補完する表現型適応と遺伝子発現適応のデータベースは、シロイヌナズナの集団史を通しての生物学的適応を理解するための今後の研究に有用であると思われる。