ゲノムワイドなアミノ酸配列比較に基づく形態形質進化の分子基盤解明

基于全基因组氨基酸序列比较阐明形态进化的分子基础

基本信息

批准号：
18J13859
负责人：
飯塚朋代
金额：
$ 0.96万
依托单位：
National Institute of Genetics (2019)The Graduate University for Advanced Studies (2018)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

形態形質の進化は生物多様性を生み出す主要な要因の1つである。本研究では担子菌門ハラタケ亜門の隔壁微細構造にみられる隔壁孔キャップ（SPC）に着目した。SPCの形態形質には主に3タイプ（Vesiculate, Imperforate, Perforate）が存在し、中でもImperforate SPCからPerforate SPCへの進化では収れん進化現象が起きていることが知られている。しかし、この形態の違いをもたらした遺伝的背景は不明である。そこで申請者はSPCの形態形質の違いと相関する変異を担子菌ゲノムから検出し、形態進化をもたらした候補遺伝子を得ることを目的として比較ゲノム解析を行った。その結果、タンパク質コード遺伝子spc33が検出された。この遺伝子ではPerforate SPCがみられる複数の系統で同一のアミノ酸置換が生じていた。加えてシンテニー解析、祖先配列推定、遺伝子系統解析の結果、これらのアミノ酸置換は水平遺伝子移行の結果ではなく、平行置換の結果であると推定された。このことから、Perforateタイプのspc33はそれぞれのPerforateタイプの系統における独立な進化イベントにより獲得されたことが示された。一方、Vesiculate SPCを持つ種のゲノム配列にはspc33遺伝子がコードされていないことが明らかになった。そこでVesiculateタイプ種におけるspc33の祖先遺伝子を調べた結果、MRCK Ser-Thr protein kinaseが検出された。以上の結果により、spc33がSPCの形態進化における有力な候補遺伝子であることを示したと共に、SPCの形態レベルの進化に伴うspc33遺伝子の配列レベルでの進化を明らかにした。これにより、形態進化の遺伝基盤を知るための基礎的な知見を提供することができた。

形态特征的演变是产生生物多样性的主要因素之一。在这项研究中，我们专注于在基本菌群亚晶状体的隔膜微观结构中发现的隔孔盖（SPC）。 SPC的形态学特征主要三种类型（囊泡，不可造和穿孔），众所周知，当不富有疫苗的SPC演变为穿孔SPC时，会发生收敛进化。但是，导致这种形态差异的遗传背景尚不清楚。因此，申请人检测到的突变与基生菌基因组中形态学性状的差异相关，并进行了比较基因组分析，目的是获得导致形态进化的候选基因。结果，检测到蛋白质编码基因SPC33。该基因在观察到的多种菌株中引起了相同的氨基酸取代。另外，同步分析，祖先序列估计和基因系统发育分析表明，这些氨基酸取代不是水平基因转移的结果，而是平行取代的结果。这表明穿孔型SPC33是通过每个穿孔型谱系中独立进化事件获得的。另一方面，据揭示了SPPC33基因未在带有囊泡SPC的物种的基因组序列中编码。因此，研究了囊泡型物种中SPC33的祖先基因，并检测到MRCK Ser-THR蛋白激酶。以上结果表明，SPPC33是SPC形态进化的潜在候选基因，并随着SPC形态演化的演化而在序列水平上揭示了SPPC33基因的进化。这使我们能够提供基本知识来了解形态进化的遗传基础。