DNAから進化を探る | 研究 | JT生命誌研究館

この地球上には、1000万以上の生物種が生存していると推測されています。一見して何の関係もない生きものであっても、起源を探ってみると１つの共通祖先にたどり着きます。地球上に生息する多種多様な生きものはどうやって生まれてきたのでしょうか。私たちは生物の進化（多様化）と関係をキーワードに、以下の２つのテーマにおいて研究を行っています。

1.六脚類の起源と節足動物の系統進化を探る

節足動物は種数において最大の動物門である。分類学的には鋏角亜門（クモ類）、多足亜門（ムカデ・ヤスデ類）、甲殻亜門（エビ・カニ類）と六脚亜門（広義の昆虫類）に分けられています。節足動物門の系統進化に関する理解は近年大きく変わりました。従来、六脚類は多足類から進化してきたと考えられていたが、分子系統学研究の結果、六脚類は甲殻類に近縁であることが分かりました。

しかし、昆虫の起源をはじめとする節足動物の系統進化については、依然として不明なところが多い（図1参照）。六脚類にもっとも近縁な甲殻類の系統がどれでしょうか。六脚類は共通祖先に由来しているのでしょうか。もっとも祖先的な六脚類の系統はどれでしょうか。さらに多足類と鋏角類は姉妹関係にあるのか、それとも鋏角類は節足動物門のもっとも祖先的な系統でしょうか・・・私たちは多くの遺伝子情報を用いてこれらの問題の解明に取り組んでいます。

2.イチジク属植物とイチジクコバチとの共生・共進化機構の解析

地球上の生きものは互いに影響を受けながら進化し、関係し合いながら生存しています。これは生物の多様性をもたらす大きな原動力の１つです。生物の多様化や相互関係を理解するために、私たちは「イチジク属植物(Ficus)とイチジクコバチ(Agaonidae)との共生系」をモデル系として研究を進めています。イチジク属植物は閉じている花嚢の内側に花を咲かせるため、風などによる受粉はできません。そこでイチジク属植物はイチジクコバチの力を借りて花粉を花嚢の中に運ぶという特殊な受粉システムを発達させています。このシステムはイチジクコバチにも利益を与えています。花粉運搬の一方、コバチは花嚢に産卵し、幼虫は一部の種子を食べて育ちます。両者の間には「１種対１種」という極めて種特異性の高い相利共生関係が築かれています（図2参照）。しかし、イチジクの花嚢には、花粉を運ぶ「送粉コバチ」の他に、花粉を運ばない「非送粉コバチ」や他の昆虫も棲息しているため、イチジクの花嚢には実に複雑な共生系が形成されています。これらの共生関係はどのように築かれ、維持されているのでしょうか。また、「１種対１種」関係を維持しながら種分化はどのように起きるのでしょうか。

私たちは分子系統学、集団遺伝学、化学生態学など様々な側面からイチジク属植物とイチジクコバチとの共生（寄生）関係の構築、安定維持、共進化・共種分化などのメカニズムについて解析を行っています。

蘇智慧

室長蘇智慧

有本晃一

奨励研究員有本晃一

佐々木綾子

研究補助員佐々木綾子

松本祐志

大学院生松本祐志

田中伶央

大学院生田中伶央

大学院生須藤恵美

論文一覧

Imura, Y., Tominaga, O., Su, Z.-H., Kashiwai, N., Okamoto, M., Osawa, S. (2018)
Evolutionary history of carabid ground beetles with special reference to morphological variations of the hind-wings.
Proc. Jpn. Acad., Ser. B 94: 360-371.
https://www.jstage.jst.go.jp/article/pjab/94/9/94_PJA9409B-01/_html/-char/en

昆虫は海から陸に進出し、その後の進化過程で翅を獲得し有翅昆虫が誕生しました。翅獲得という進化イベントは昆虫の多様化に大きく貢献したと考えられています。しかし、現生の昆虫類には甲虫類を始め、逆に翅をなくしているものも少なくありません。翅の退化もまた昆虫の多様化に寄与しています。
オサムシ（亜科）は後翅を退化して飛べなくなった代表的な昆虫類の1つです。しかし、オサムシはなぜ、どのようにして後翅をなくしたのでしょうか。それを理解するために、我々はまずオサムシの後翅退化の実態を把握する必要があると考え、研究をはじめました。その結果、もっとも祖先的な系統であるセダカオサムシ族は後翅が完全に消失していること（図1）、オーストラリアオサムシ族とオサムシ亜族は後翅が退化しているが、様々な形の痕跡が残っていること（図2）を判明しました。また、唯一完全な後翅を持って飛べるカタビロオサムシ亜族にも、後翅を退化した種が多くいることが分かりました。また、これらのオサムシの系統関係を解析し、後翅の退化状態との関連について議論しました。本研究の結果から、オサムシの後翅退化は、恐らくそれぞれの系統で生息環境の影響を受けて独立的に起きただろうと考えました。今後はオサムシの後翅退化の分子機構についても調べてみたいと考えています。

Wachi, N., Kusumi, J., Tzeng, H.-Y., and Su Z.-H. (2016)
Genome-wide sequence data suggest the possibility of pollinator sharing by host shift in
dioecious figs (Moraceae, Ficus).
Mol. Ecol. 25: 5732-5746. doi:10.1111/mec.13876.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.13876/abstract

イチジク属植物とイチジクコバチの間では授粉と産卵というトレードオフのもとに相利共生関係が構築されています。この相利共生関係は、種特異性が高く"１種対１種"と言われてきましたが、近年co-pollinator（１種の植物に複数種の送粉コバチ）とpollinator-sharing（複数種の植物に１種の送粉コバチ）という現象が多く観察されるようになりました。本論文は、ミトコンドリアDNAとマイクサテライトマーカーのほかに、ddRAD-seqというゲノム規模の配列データを用いて、３種のイチジク属植物が１種の送粉コバチを共有している可能性を示しました（図１）。また、この送粉コバチの共有はコバチの寄主転換によってもたらした結果であることも重ねて示唆されました。一方、植物とコバチの地域集団間の同調的遺伝分化も見られました（図１）。

Osawa, S. Su Z.-H., Nishikawa, M., and Tominaga, O. (2016)
Silent evolution.
Proc. Jpn. Acad., Ser. B 92: 455-461. doi:10.2183/pjab.92.455.
https://www.jstage.jst.go.jp/article/pjab/92/9/92_PJA9209B-04/_html

オサムシの系統進化の研究から、私たちは「静の進化 Silent evolution」という進化プロセスを提唱してきました（Su et al., 2001; Osawa et al., 2004）。しかし、その中で、形態の緩やかな変化と形態進化の停滞を明確に区別せずに議論していました。本論文では、オサムシを始めとする数種の甲虫を用いて、ミトコンドリアDNAによる系統解析と分岐年代の推定を行いました。その中で、長期間分岐していながら、形態的変化が全く見られない系統について、形態進化の停滞と見なし、これを「Silent evolution」としました（図１）。