オミクス時代の進化動態理論構築

本研究では、数理モデルを用いた種の分岐過程の解明に、ゲノム情報や発現データの網羅的利用が有効であることを示す。26年度は、主に以下の２点に集中して研究を実施した。１）バクテリアゲノムを用いた集団遺伝学的解析のための理論的枠組み開発バクテリアのゲノムデータは近年蓄積されつつあるが、菌数の増減や空間的な分断といった集団構造の適切な解析には、集団遺伝学的方法論が不可欠である。しかし、DNA断片の取り込みというバクテリア固有の現象が、種内のみならず種間においても観測され、集団遺伝学的解析の障害となっていた。前年度までに開発した、遺伝子水平伝搬を考慮したコアレッセントシミュレータを用いることで、この障害の克服が可能となった。26年度は、その理論的な基礎について解析を進めた。特に、種内で組換えが高頻度で見られる場合は、系統関係のみに着目して種間組換え率を推定すると、大きく誤差が生じることを明らかにした。さらに、既存の方法論が通用する条件に関する解析、種間組換え率の大きさを推定するために有用な統計量の開発、集団構造がパラメタ推定値や自然選択推定にどの程度影響するのかなどを調べた。２）バクテリアの組換えに着目した進化実験シーケンスコスト減少に伴い、経代培養によってバクテリアやイーストの進化過程を詳細に調べることが可能となった。既存の研究の多くは、突然変異が集団中にどのように広がるのか、広がるような変異はどの遺伝子グループで起きやすいのか、変異の種類はどのようなものか、有利な突然変異が生じた系統間の競争がどのように起きるか、などに着目して実験系がデザインされている。バクテリアで観測される種間の組換えに着目して実験系をデザインし、経代培養を続けた後、進化過程を次世代シーケンサによって観測した。

本研究では、数理モデルを用いた種の分岐過程の解明に、ゲノム情報や発現データの網羅的利用が有効であることを示す。26年度は、主に以下の２点に集中して研究を実施した。１）バクテリアゲノムを用いた集団遺伝学的解析のための理論的枠組み開発バクテリアのゲノムデータは近年蓄積されつつあるが、菌数の増減や空間的な分断といった集団構造の適切な解析には、集団遺伝学的方法論が不可欠である。しかし、DNA断片の取り込みというバクテリア固有の現象が、種内のみならず種間においても観測され、集団遺伝学的解析の障害となっていた。前年度までに開発した、遺伝子水平伝搬を考慮したコアレッセントシミュレータを用いることで、この障害の克服が可能となった。26年度は、その理論的な基礎について解析を進めた。特に、種内で組換えが高頻度で見られる場合は、系統関係のみに着目して種間組換え率を推定すると、大きく誤差が生じることを明らかにした。さらに、既存の方法論が通用する条件に関する解析、種間組換え率の大きさを推定するために有用な統計量の開発、集団構造がパラメタ推定値や自然選択推定にどの程度影響するのかなどを調べた。２）バクテリアの組換えに着目した進化実験シーケンスコスト減少に伴い、経代培養によってバクテリアやイーストの進化過程を詳細に調べることが可能となった。既存の研究の多くは、突然変異が集団中にどのように広がるのか、広がるような変異はどの遺伝子グループで起きやすいのか、変異の種類はどのようなものか、有利な突然変異が生じた系統間の競争がどのように起きるか、などに着目して実験系がデザインされている。バクテリアで観測される種間の組換えに着目して実験系をデザインし、経代培養を続けた後、進化過程を次世代シーケンサによって観測した。