ニュース

Nov 29, 2023

霊長類ゲノムプロジェクトが進化の秘密を明らかにする

Co-guidato da Guojie Zhang del Centro di Biologia Evoluzionistica

浙江大学進化生物生物学センターのGuojie Zhang、昆明動物研究所のDong-Dong Wu、ノースウェスト大学のXiao-Guang Qi、雲南大学のLi Yu、オーフス大学のMikkel Heide Schierup、Yangが共同指導者霊長類ゲノムコンソーシアムであるBGI-ResearchのZhou氏は、霊長類50種からの高品質の参照ゲノムを含む、その第1段階プログラムからの一連の出版物を報告し、そのうち27種が初めて配列決定された。 これらの研究は、種分化過程、ゲノム多様性、社会進化、性染色体、脳やその他の生物学的形質の進化に関する新たな洞察を提供します。

大規模な系統学的研究により、霊長類の進化の歴史と表現型の革新の根底にある遺伝的メカニズムが明らかになります

系統発生学的文脈における霊長類ゲノムの比較分析は、ヒトの遺伝子構造の進化と霊長類の多様化に関連する種間のゲノムの違いを理解するために重要です。 霊長類ゲノムに関するこれまでの研究は、主にヒトに近縁な霊長類種に焦点を当てており、より広範な系統発生的範囲が欠けているという制約があった。

「世界中には500種以上の霊長類が存在しますが、現在、ゲノムが公開されている非ヒト霊長類の代表的な種は23種のみであり、属の72％は解読されていないままであり、その進化の歴史を理解する上で重大な知識のギャップが生じています。」州。

このギャップに対処するために、彼らは、これまで完全に配列決定されていなかった基底系統を含む 27 種の霊長類に対して、ロングリード配列決定技術を使用して高品質のゲノム配列決定を実行しました。 これを以前に公開された霊長類のゲノムと組み合わせて、このプロジェクトは、ゲノムおよび表現型の進化について新たな洞察を得るために、38 属および 14 科を代表する 50 種の霊長類の系統ゲノム研究を実施しました。

「完全なゲノムデータに基づいて、我々は高度に分解された系統発生を生成し、白亜紀と第三紀の境界に重なる6,495万年前から6,829万年前の間に王冠霊長類が出現したと推定した」とDong-Dong Wu氏は述べている。

この研究では、霊長類系統にわたる詳細なゲノム再構成が報告され、系統発生のさまざまな祖先枝で適応的自然選択を受けた数千の候補遺伝子が特定されました。 これには、神経系、骨格系、消化器系、感覚系の発達に重要な遺伝子が含まれており、それらはすべて霊長類の進化の革新と適応に貢献したと考えられます。

「新世界ザル、旧世界ザル、大型類人猿を含むサル科グループの共通祖先において、脳関連遺伝子が関与する非常に多くのゲノム変化が起こったことは驚くべきことである」とGuojie Zhangは述べている。この祖先ノードでの深い時間の進化が、人類のユニークな特性のさらなる進化への道を切り開いた可能性があります。」

蔓延する不完全な系統分類により霊長類の種分化と選択が解明される

チンパンジーとボノボが人類に最も近縁な種であることはよく知られていますが、ゲノムの 15% は別の大型類人猿であるゴリラに近いです。 これは主に、祖先の遺伝子多型が子孫の種にランダムに分類される、不完全系統分類 (ILS) と呼ばれる特別な進化的事象によるものです。 この研究では、霊長類の進化における種分化事象を調査し、ILSが霊長類全体の29の主要祖先ノードすべてで頻繁に発生し、一部のノードではゲノムの50％以上がILSの影響を受けていることが判明した。

「遺伝的多様化のプロセスは、種分化のプロセスとして通常知られている分岐木のようなトポロジーには従わず、むしろ複雑な網のようなものです」とGuojie Zhang氏は述べた。 「個々の遺伝子の進化過程を調査することが重要であり、それは種を超えた表現型の進化にも影響を与える可能性があります。」

不完全系統分類 (ILS) は、主に組換えによって引き起こされる、ゲノムに沿った広範な変動を示します。 「我々は、中立進化下で予想されるものと比較して、常染色体よりもX染色体上でILSがより減少していることを観察した。これは、霊長類の進化中にX染色体に対する自然選択の影響がより大きいことを示唆している」とミッケル・ハイデ・シールプ氏は述べている。

この研究ではILSを利用して、化石の校正を行わずにゲノムデータのみに基づいて種分化事象の分子年代測定を実施し、新しい年代測定の結果が化石記録による年代測定と非常に一致していることが判明した。 「これは、化石記録がなくても、分子年代測定によって種分化時期の正確な推定値が得られることを示唆している」と、この論文の筆頭著者であるイケル・リバス・ゴンザレス氏は述べている。

種イベントへのハイブリッド化

ハイブリッド形成は、動植物の種や表現型の多様性を生み出すための重要な進化の力としてますます認識されています。 これは、全ゲノム重複と倍数性レベルの増加を許容できる系統で特によく見られます。 しかし、哺乳類では交配による種分化はほとんど報告されていません。

研究チームは、完全なゲノムデータを利用して、ハイイロシシバナザルRhinopithecus brelichiが、形態学的に分化した種であるゴールデンシシバナザルR. roxellanaとクロシロシシバナザルの共通祖先との交配による子孫種であることを発見した。サルの R. bieti と黒い鼻の低いサル R. strykeri です。

「私たちの知る限り、霊長類で雑種の種分化現象が記録されたのはこれが初めてです」とLi Yu氏は述べた。

この研究はさらに、各親系統に由来するR. ブレリチの重要な遺伝子を同定した。これらの遺伝子は、この種のモザイクコートの色に寄与し、交雑種の親系統からの交配前の生殖分離を促進した可能性がある。

アジアのラングールの社会的複雑性の遺伝的メカニズムを学際的な交差点が明らかにする

霊長類は非常に多様な社会システムを持っていますが、社会進化の根底にある生物学的メカニズムはまだほとんどわかっていません。 古典的な社会生態学モデルは、社会システムの多様性が環境変化に応じて進化したと仮説を立てました。

この研究では、アジアのコロビンザルをモデルシステムとして使用しました。この種のグループは、1頭のオス、複数のメスの単位から複雑な複数レベルの社会形態への段階的な社会進化プロセスを経たからです。 彼らは、完全なゲノムデータを使用してこのグループの種分化プロセスを再構築し、環境温度と種のグループサイズの間に強い相関関係があることを発見しました。 寒い環境に住む霊長類は、より大きな集団で生活する傾向があります。 古代の氷河期はこれらの霊長類の社会進化を促し、キタオッドノーズサルの種が巣を作った複数レベルの社会形態に広がる集合化を促進した。

この移行中に、奇鼻サルは寒冷適応と神経系に関連する多くの遺伝子において正の選択を示しました。 「スナッ鼻のサルは母子の絆が長いようで、それがおそらく寒い環境での乳児の生存率を高めた。DA/OXT受容体は社会的絆を媒介する重要な神経ホルモンである。このシグナル経路は奇鼻のサルとサルでは強化されている。この種の成体同士の社会的連携、結束、協力を促進した」とXiao-guang Qi氏は述べている。

参考記事：

Shao Y、Zhou L、Li F 他 2023. 系統ゲノム分析は霊長類の進化に関する洞察を提供します。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abn6919

Rivas-González I、Rousselle M、Li F、他。 2023. 蔓延している不完全な系統分類により、霊長類の種分化と選択が解明される。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abn4409

Wu H、Wang Z、Zhang Y 他 2023. 霊長類、ハイイロシ鼻ザルの交雑起源。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abl4997

Qi XG、Wu J、Zhao L、他 2023年。寒冷気候への適応がアジアのコロビン霊長類の社会進化を促進した。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abl8621

Gao H、Hamp T、他 2023年。人間と霊長類における許容される遺伝的変異の状況。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abn8197

Kuderna L、Gao H、他 2023. 233 種の霊長類の全ゲノム多様性のグローバル カタログ。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abn7829

ソーレンセン E、ハリス R、他。 2023. ゲノム規模の同祖先解析により、ヒヒにおける古代および最近のオス駆動網状構造の詳細が明らかになった。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abn8153

Fuziev P、McRae J、他。 2023. まれな浸透変異は、一般的な病気の重大なリスクをもたらします。 科学。 https://doi.org/10.1126/science.abo1131

Zhang BL、Chen W、他 2023. 比較ゲノミクスにより、マカクザルのグループの雑種起源が明らかになりました。 科学は進歩します。 https://doi.org/10.1126/sciadv.add3580

Bi XP、Zhou L、他 2023. 霊長類の進化の根底にある系統特異的な加速配列。 科学は進歩します。 https://doi.org/10.1126/sciadv.adc9507

Zhou Y、Zhan XY 他 2023年。8千万年にわたる霊長類のY染色体の急速な進化。 自然の生態学と進化。 https://doi.org/10.1038/s41559-022-01974-x