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Research News

脊椎動物の基本構造が5億年以上変わらなかった理由

遺伝子の使い回しによる進化的な多様化の制約

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理学系研究科・理学部
2018/04/10

© 2018 Naoki Irie.脊椎動物の基本構造をつくる時期にはたらく遺伝子は、その時期以外にもいろいろなところではたらいています。この使い回しによって、脊椎動物の基本構造が進化を通して多様化しにくくなっている可能性が高いことが今回明らかになりました。

脊椎動物の基本構造をつくる時期は、多様化が制約されている
脊椎動物の基本構造をつくる時期にはたらく遺伝子は、その時期以外にもいろいろなところではたらいています。この使い回しによって、脊椎動物の基本構造が進化を通して多様化しにくくなっている可能性が高いことが今回明らかになりました。
© 2018 Naoki Irie.

東京大学大学院理学系研究科の入江直樹准教授らの研究グループは、脊椎動物の基本構造が5億年以上変わらなかった理由として、遺伝子の使い回しが寄与していることを明らかにしました。

我々ヒトをはじめ、他の哺乳類、鳥類、爬虫類、両生類、魚類を含む背骨をもった動物(脊椎動物)は、5億年以上前に出現して以来、さまざまな形の姿に進化し、多様化してきました。しかし、どの脊椎動物種も体の基本的な解剖学的特徴は数億年間の進化的多様化を通してもほとんど変わっておらず、その原因は明らかになっていません。これまでの研究により、脊椎動物の基本構造を決定づける胚発生期が、進化を通して多様化してこなかったことに原因があると推定されてきました(発生砂時計モデル)。しかし、なぜその胚発生過程が進化を通して保存されるのかについては不明のまま、解明が待たれていました。

今回、入江准教授が率いる国際共同研究グループ(EXPANDEコンソーシアム)は、脊椎動物を含む8種の脊索動物(脊椎動物に加えてナメクジウオなどの頭索動物とホヤ類などの尾索動物をあわせたグループ)を対象に、体づくりが行われる胚発生の過程ではたらく遺伝子の情報を大規模に同定と比較解析することでこの問題に取り組みました。得られたデータの解析によって、脊椎動物の基本構造がつくられる時期にはたらく遺伝子の多くが、その他の時期にみられるさまざまな体づくりの過程にも関わっている「使い回し遺伝子」であること、そして、使い回し遺伝子が脊椎動物進化における多様化の制約と密接に関連していることを明らかにしました。脊椎動物の基本構造がつくられるプロセスには使い回し遺伝子が多く、それが原因で基本構造の多様化が制約されてきたというシナリオが考えられます。

遺伝子の使い回しによる進化は、脊椎動物に限らず生物において広く普遍的な現象であり、「進化しにくい・進化しやすい生物の特徴」をより良く理解できるようになると期待できます。

「正直、予想していない結果でした。やっても意味のない解析だろうな・・と思っていたものが、今回の成果の一番大きな発見になりました」と入江准教授は話します。「実は、遺伝子の使い回しは脊椎動物に新しい形を進化させることに寄与するケースがよく知られています。これを踏まえると、遺伝子の使い回しは、やればやるほど進化しにくくなるという諸刃の剣なのかもしれません。科学の常ですが、さらにのめり込んで調べたい疑問が増えました」と続けます。

プレスリリース

論文情報

Haiyang Hu, Masahiro Uesaka, Song Guo, Kotaro Shimai, Tsai-Ming Lu, Fang Li, Satoko Fujimoto, Masato Ishikawa, Shiping Liu, Yohei Sasagawa, Guojie Zhang, Shigeru Kuratani, Jr-Kai Yu, Takehiro G. Kusakabe, Philipp Khaitovich, Naoki Irie and the EXPANDE Consortium, "Constrained vertebrate evolution by pleiotropic genes", Nature Ecology & Evolution Online Edition: 2017/09/26 (Japan time), doi:10.1038/s41559-017-0318-0.
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