細菌ゲノムにおける適応的進化の寄与を覆い隠すリバージョン

Core Concepts

大規模な細菌集団における適応的リバージョンが、長期的な視点では非同義置換の割合(dN/dS)の低下を引き起こす。

Abstract

本研究では、細菌集団における非同義置換の割合(dN/dS)の時間依存性を説明する新しいモデルを提案している。従来の弱い浄化選択モデルでは、現実的な集団サイズでは問題が生じることが示された。
代替モデルでは、局所的な適応進化と、その後の適応的リバージョンが重要な役割を果たすことを示している。
具体的には以下の通り:

大規模な細菌集団では、強い選択圧の下でリバージョンが高い確率で起こり、短期間で集団に固定される
このようなリバージョンの繰り返しにより、長期的には dN/dS が低下する
この適応的リバージョンモデルは、従来の弱い浄化選択モデルよりも実データをよく説明できる
適応的リバージョンが頻繁に起こる場合、ゲノム上の非同義置換の痕跡は実際の適応進化の程度を大幅に過小評価してしまう可能性がある

Stats

細菌集団の平均個体数は1012個以上に及ぶ。
1日あたりの細菌の世代交代は1-10回程度である。
ある特定の位置での突然変異の新規発生率は1世代あたり10個程度である。

Quotes

「適応的リバージョンは、長期的な視点では非同義置換の割合(dN/dS)の低下を引き起こす」
「大規模な細菌集団では、強い選択圧の下でリバージョンが高い確率で起こり、短期間で集団に固定される」

Key Insights Distilled From

Reversions mask the contribution of adaptive evolution in microbiomes

by Torrillo,P. ... at www.biorxiv.org 09-17-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.14.557751v1

Deeper Inquiries

適応的リバージョンは細菌集団以外の生物種でも観察されるだろうか?

適応的リバージョンは、原則として微生物だけでなく他の生物種でも観察される可能性があります。特に、大規模な集団サイズや短い世代時間を持つ生物種では、適応的リバージョンが起こりやすくなります。例えば、ウイルス集団や環境変動の激しい生息地などでは、適応的リバージョンが重要な進化の要因となる可能性があります。また、適応的リバージョンは、遺伝子組み換えや再結合などのメカニズムを介してもたらされることがあります。したがって、他の生物種においても適応的リバージョンが進化の重要な要素となる可能性があることを考慮する価値があります。

適応的リバージョンが頻繁に起こる場合、従来の集団遺伝学的手法では適応進化の程度をどの程度過小評価してしまうのだろうか?

適応的リバージョンが頻繁に起こる場合、従来の集団遺伝学的手法では適応進化の程度を過小評価してしまう可能性があります。従来の手法では、適応的な変異が起こり、それが適応的リバージョンによって元の状態に戻されることで、実際のdN/dS比が過小評価される可能性があります。適応的リバージョンによって、適応的な変異が遺伝子プールに戻され、その結果、適応進化の影響が遺伝子組成の変化として見逃されることがあります。このような状況では、実際の適応進化の程度が過小評価され、集団遺伝学的手法が適切に進化のパターンを捉えることが難しくなる可能性があります。

細菌集団以外の生物種において、適応的リバージョンがどのように集団遺伝学的パターンに影響を及ぼすかを調べることは、生物進化の理解にどのような示唆を与えるだろうか?

細菌集団以外の生物種において、適応的リバージョンが集団遺伝学的パターンに与える影響を調査することは、生物進化の理解に重要な示唆を与える可能性があります。適応的リバージョンが頻繁に起こる生物種では、適応進化の実際の程度が従来の手法では過小評価されている可能性があるため、新たな視点や手法が必要とされるかもしれません。適応的リバージョンが進化に与える影響を正確に理解することで、生物種の適応戦略や進化のメカニズムに関する深い洞察が得られるかもしれません。さらに、適応的リバージョンが進化の速度や方向性にどのように影響を与えるかを明らかにすることで、生物進化の基本原則やパターンに関する新たな知見が得られる可能性があります。