微生物の系統発生と三つのドメイン

保存された分子配列の比較により、生命の樹は三つのドメインに再編成され、微生物がその基盤に位置づけられました。これにより、アーキアがバクテリアや真核生物とは異なる系統であることが明らかになりました。

Definition

微生物の系統発生とは、分子データから微生物間の進化的関係を再構築することであり、三ドメインシステムとは、細胞性生命をバクテリア、アーキア、真核生物に分類する結果として得られたシステムです。

Scope

このトピックでは、リボソームRNAやその他の保存された分子を分子時計として使用すること、系統樹の構築と解釈、バクテリア、アーキア、真核生物の三つのドメインの認識、そしてこの枠組みが微生物の多様性を分類し、深遠な進化的関係を推測する上で持つ意味について扱います。

Core questions

• 分子配列はどのようにして進化的関係を明らかにできるのでしょうか？
• なぜリボソームRNAが分子時計として使用されるのでしょうか？
• 二つではなく三つのドメインを支持する証拠は何でしょうか？
• 系統発生は微生物の分類にどのように情報を提供しますか？

Key concepts

• 分子時計
• リボソームRNA系統発生
• 系統樹
• バクテリア、アーキア、真核生物
• 生命の普遍的な樹

Key theories

三ドメイン仮説

ウーズとフォックスによるリボソームRNA配列の比較は、アーキアがバクテリアや真核生物とは異なるドメインを形成することを示し、細胞性生命の三つの主要な系統を確立しました。

Mechanisms

リボソームRNAをコードする遺伝子のような遺伝子は、すべての細胞性生命に存在し、ゆっくりと変化し、機能的に一定であるため、それらの配列の違いは系統が分岐してからの時間を反映しています。これらの配列をアラインメントし、違いのパターンを分析することで系統樹が作成され、アーキアがバクテリアと真核生物の両方から独立した枝に位置づけられ、普遍的な三ドメインの樹がもたらされました。

Clinical relevance

分子系統発生の枠組みは、現代の微生物分類と同定の基礎となり、配列データのみから微生物を進化的な文脈に位置づけることを可能にし、環境シーケンシングによって明らかにされた多様性を解釈するための基盤を提供します。

History

1977年、カール・ウーズとジョージ・フォックスは、リボソームRNA配列の比較により、彼らがアーキアバクテリアと呼ぶグループを他のバクテリアから区別できることを報告しました。これは、単純な原核生物と真核生物の二分法に代わる三ドメインシステムへとつながりました。

Key figures

• Carl Woese
• George Fox

Seminal works

• woese1977
• madigan2018

Frequently asked questions

なぜリボソームRNAは微生物の進化を研究するために使用されるのですか？

リボソームRNA遺伝子はすべての細胞性生物に存在し、同じ必須機能を果たし、時間の経過とともにゆっくりと変化します。これらの特性により、その配列は進化の歴史の信頼できる記録となり、非常に遠い系統間でも比較することができます。