系統学のための分子マーカー

異なる分子マーカーは異なる速度で進化するため、特定の分類学的および時間的スケールでの関係性を解明するには、適切なマーカーを選択することが重要である。

Definition

分子マーカーとは、核酸またはタンパク質の定義された領域であり、分類群間のその多様性が、関係性の推測、生物の同定、または種の区別のための形質データとして使用されるものである。

Scope

このトピックでは、リボソームRNA遺伝子、ミトコンドリアおよび葉緑体遺伝子座、核タンパク質コード遺伝子、ゲノムスケールデータを含む、系統学で使用される分子マーカーのカテゴリーと、マーカーの進化速度を問われている問題の深さに合わせるための基準について説明する。

Core questions

• 系統学で利用できる分子マーカーにはどのような種類があるか？
• マーカーの進化速度は系統発生学的問題の深さとどのように対応するのか？
• なぜ一部のマーカーは深い分岐に、他のマーカーは浅い分岐に適しているのか？
• 系統ゲノミクスはマーカーの選択をどのように変えたのか？

Key theories

速度と時間スケールの一致

リボソームRNA遺伝子のようなゆっくりと進化するマーカーは古代の分岐を解明するのに適しており、急速に進化するマーカーは最近の分岐を解明するのに適している。ミスマッチなマーカーは、飽和するか、シグナルを欠くかのいずれかである。

普遍的マーカーとしてのリボソームRNA

保存されたリボソームRNA遺伝子は、すべての細胞性生命を関連付けるための最初の普遍的に比較可能なマーカーを提供し、3つのドメインの認識を可能にした。

Clinical relevance

適切なマーカーの選択は、病原体、株、または近縁の生物を区別できるかどうかを決定し、これは分子診断、タイピング、およびサーベイランスの中心となる。

History

マーカーの使用は、リボソームRNAのような単一の保存された遺伝子から、多遺伝子座データセットを経て、ゲノムスケールの系統ゲノミクスへと進化した。WoeseによるリボソームRNAの比較は、適切に選択された普遍的なマーカーが生命の樹を書き換える力を持つことを示した。

Debates

少数の厳選された遺伝子とゲノムスケールデータ

系統ゲノミクスは膨大な数の形質を提供するが、遺伝子座間の矛盾や系統的バイアスを導入するため、より多くのデータとより適切にモデル化されたデータのどちらがより信頼性の高い系統樹をもたらすかについて議論が続いている。

Key figures

• Carl Woese
• Joseph Felsenstein

Seminal works

• yang2012
• woese1990
• felsenstein2004

Frequently asked questions

なぜ古代の分岐にはゆっくりと進化するマーカーを使用するのか？

急速に進化する領域は、長い時間スケールで非常に多くの変化を蓄積するため、シグナルが飽和してノイズとなる。ゆっくりと進化するマーカーは、深い時間スケールにわたって解釈可能なシグナルを保持する。

系統ゲノミクスとは何か？

系統ゲノミクスとは、ゲノムスケールのデータ、すなわち数百または数千の遺伝子座を使用して系統を推測することであり、より多くの形質を提供するが、モデル化して解決すべきより多くの矛盾の原因ももたらす。