ゴリラの多配偶性の進化に伴う精子形成関連遺伝子の緩やかな自然選択圧

Core Concepts

ゴリラの多配偶性の進化に伴い、精子形成に関連する遺伝子が緩やかな自然選択圧の下にあり、多数の有害な変異が蓄積している。

Abstract

本研究では、261種の哺乳類ゲノムから13,310の正規化された遺伝子アラインメントを作成し、ゴリラ系統における遺伝子進化の特徴を解析した。その結果、ゴリラ系統では96個の遺伝子が正の自然選択を受けていたのに対し、578個の遺伝子が緩やかな自然選択圧の下にあることが明らかになった。
ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子は、精子形成や精子機能に関連する機能を持つことが分かった。これらの遺伝子は精子形成過程の減数分裂期以降の発現が特に高く、精子細胞や精漿中のタンパク質にも豊富に含まれていた。さらに、ショウジョウバエを用いた機能解析により、これらの遺伝子の41個が新規の精子形成関連遺伝子であることが明らかになった。
また、ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子の多くが、男性不妊症患者のゲノムにおいて機能喪失変異の蓄積が見られることが示された。これらの結果は、ゴリラの多配偶性の進化に伴う精子競争の減少が、精子形成関連遺伝子の機能低下を引き起こし、ゴリラの精子形成の非効率性の分子的基盤を提供していることを示唆している。さらに、ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子には、未知の精子形成メカニズムや男性不妊の原因遺伝子が含まれている可能性が高い。

Stats

ゴリラ系統で578個の遺伝子が緩やかな自然選択圧の下にあった。
これらの遺伝子のうち75%の変異は、強い選択圧がかかる部位で生じていた。
ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子の人工中の相同遺伝子は、男性不妊患者のゲノムにおいて機能喪失変異の蓄積が見られた。

Quotes

ゴリラの多配偶性の進化に伴い、精子形成に関連する遺伝子が緩やかな自然選択圧の下にあり、多数の有害な変異が蓄積している。
ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子は、精子形成過程の減数分裂期以降の発現が特に高く、精子細胞や精漿中のタンパク質にも豊富に含まれている。
ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子の人工中の相同遺伝子は、男性不妊患者のゲノムにおいて機能喪失変異の蓄積が見られた。

Key Insights Distilled From

Pervasive relaxed selection on spermatogenesis genes coincident with the evolution of polygyny in gorillas

by Bowm... at www.biorxiv.org 10-27-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.27.564379v2

Deeper Inquiries

ゴリラ以外の哺乳類において、精子形成関連遺伝子の自然選択圧の変化はどのように生じているか?

ゴリラ以外の哺乳類において、精子形成関連遺伝子の自然選択圧の変化は、繁殖システムや性選択の形態によって引き起こされています。例えば、多配偶性の進化が進んでいる種では、精子競争が激しいため、精子の生産量や品質に関連する遺伝子に強い選択圧がかかります。これにより、精子形成に関わる遺伝子が適応進化を経験し、種の繁殖戦略に適した形質が選択されることが知られています。一方、ゴリラのような単配偶性の進化が進んでいる種では、精子競争が少ないため、精子形成に関わる遺伝子には緩やかな選択圧がかかる傾向があります。これにより、精子形成に関わる遺伝子の進化が他の哺乳類と比較して異なるパターンを示すことがあります。

ゴリラの多配偶性の進化以外に、精子形成関連遺伝子の自然選択圧に影響を与える要因はあるか?

ゴリラの多配偶性の進化以外にも、精子形成関連遺伝子の自然選択圧に影響を与える要因が存在します。例えば、環境要因や生活史の特性、遺伝的多様性、遺伝子発現パターンの変化などが挙げられます。環境要因が変化することで、特定の遺伝子が有利になる場合や不利になる場合があります。また、生活史の特性が変化することで、繁殖戦略や繁殖成功に影響を与える遺伝子が選択される可能性があります。さらに、遺伝的多様性が遺伝子プールを豊かにし、新たな適応進化の可能性を生み出すことも考えられます。遺伝子発現パターンの変化は、特定の組織や細胞での遺伝子の機能や重要性が変化することを意味し、これが選択圧の変化につながる可能性があります。

ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子の機能変化が、ゴリラの生殖生物学にどのような影響を及ぼしているか?

ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子の機能変化は、ゴリラの生殖生物学にさまざまな影響を及ぼしています。例えば、精子形成に関わる遺伝子の緩やかな選択圧は、ゴリラの精子形成の効率の低さや異常な精子の割合などの特徴に関連しています。これらの遺伝子の機能変化は、精子の形態や機能に影響を与え、ゴリラの繁殖戦略や繁殖成功に重要な役割を果たしています。さらに、これらの遺伝子の変化は、ゴリラの生殖器系の進化や適応にも関連しており、種の繁殖生物学の理解を深める上で重要な示唆を提供しています。そのため、ゴリラの緩やかな自然選択圧を受けている遺伝子の機能変化は、種の生殖生物学における重要な要素であると言えます。