果虫の遺伝子変化を追跡する

人間の行動がいろんな種の生息地を急速に変えてるんだ。気候変動はその主な要因で、多くの種の住処に影響を与えてる。これらの種が新しい場所に移動すると、その病原菌や寄生虫も一緒に行って、新しい生物集団にそれらの病原体をさらしてしまうんだ。

#転移可能な要素

転移可能な要素、またはTEは、ゲノムの新しい場所に自分をコピーできる短いDNAの断片だ。いくつかのTEは宿主に役立つこともあって、例えば特定のTEがショウジョウバエに農薬に対する抵抗力を与えることもある。ただし、多くのTEは有害で、遺伝子に乱れを引き起こすこともあるんだ。TEが移動しないように、宿主は防御システムを発達させて、しばしば小さなRNA分子を使ってる。例えば、ショウジョウバエはpiRNAと呼ばれる小さなRNAのグループを使ってTEの活動を抑制してる。

TEがサイレンスされると、時間が経つにつれて変異が蓄積されていって、最終的には非活性になることがある。TEのいくつかのファミリーは世代を越えて受け継がれることができ、この劣化を避けることがある。その他のものは、特定のTEを持っていない新しい宿主種に移動することで生き残ることもできる。

#TEの水平移動

TEは種の間で移動でき、特に昆虫の間でよく見られる。証拠によれば、この種の移動はかなり一般的で、多くの証拠は種間の配列の類似性などの間接的なヒントから来てる。これらの移動の明確な例を見つけるのは稀だ。特に目立つ例は、20世紀半ばに飛ぶショウジョウバエが北米と南米に広がったとき、他の種からP-要素というTEが移動したケースだ。

その後の数十年間に、I-要素、Hobo、Tirantなどの他のTEもショウジョウバエの集団に広がった。研究によれば、1850年から1930年の間にBlood、Opus、412という新しいTEがショウジョウバエに侵入したことがわかった。最近では、1983年から1993年の間にSpoinkという新しいTEが侵入したことが発見された。

この研究は、以前の研究に記録されていないままショウジョウバエの集団に侵入したTEをさらに見つけることを目的としてた。これを実現するために、科学者たちは既存のリピートライブラリに依存せずに新しい侵入を見つける方法を開発した。そのアイデアは簡単で、最近TEが侵入したなら、そのDNAが新しいショウジョウバエのサンプルには見つかるけど、古いものには見つからないってことだ。

この方法を使った結果、過去30年間で自然なショウジョウバエの集団に3つの追加のTEが見つかった。

#MLE、Souslik、Transib1

最初にMLEというTEが1990年から2000年の間にショウジョウバエに侵入したことがわかった。このTEは特定のファミリーであるgypsy/mdg3スーパーファミリーに属するレトロトランスポゾンの一種だ。2番目のTEであるSouslikは2009年から2012年の間に侵入し、3番目のTEであるTransib1は2013年から2016年にかけて侵入した。MLEとTransib1の侵入は、緊密に関連したショウジョウバエの種からの移動によるもので、MLEはウィリストニ群から、Transib1はD. simulansから来た。Transib1の広がりはわずか2年で多くの集団に急速に広がった。

#研究デザインと発見

新しいTEの侵入を発見するために、科学者たちは最近のサンプルに存在し、古いものには存在しないDNA配列を特定するアプローチを使った。この戦略によってMLE、Souslik、Transib1が特定された。MLE TEはウィリストニ群から侵入したと考えられ、SouslikとTransib1は恐らくD. simulansから来たんだ。

目的は、過去200年間のショウジョウバエにおけるTEの侵入の歴史を監視することだった。時間をかけて収集された多くのショウジョウバエのサンプルを分析することで、これらのTEがどのように集団に広がったかのパターンが見つかった。

TEの分析によれば、過去200年間でショウジョウバエのゲノムが約0.8%から0.91%増加したことが示された。この侵入はゲノムの構造や機能に影響を与え、さまざまな遺伝的変化を引き起こした可能性がある。

#TEの地理的広がり

科学者たちは、これらのTEが世界中の異なる場所でどのように広がったかも調べた。MLEは1993年にアフリカの集団で最初に見つかり、1996年までに世界中の集団で確認された。一方、Souslikは2009年に北アメリカで最初に見つかり、2011年までに多くの集団で一般的になった。

Transib1は特に興味深いケースで、2014年から2016年の間にヨーロッパと北アメリカの複数の場所から急速に広がった。この急速な広がりは、人間の活動、例えば旅行や貿易によって助けられた可能性がある。

#新しいTEの起源

MLE、Souslik、Transib1がどこから来たのかをよりよく理解するために、研究者たちは多くの関連種のDNAを調べた。MLEはウィリストニ群の種と類似点があり、SouslikとTransib1はD. simulansとの関係が近いことがわかった。

全体として、これらの発見は最近のTEの侵入の主なメカニズムとして水平移動を示唆している。これは、密接に関連した種がTEをより頻繁に共有し、より遠い系統の種はこれらの遺伝的要素を交換する可能性が低いというパターンを示している。

#TE侵入の影響

これらの侵入がショウジョウバエのゲノムとその身体的特徴に与える影響は重要な研究分野だ。一部のTEは有害かもしれないが、他は生存を高める有益な特徴を提供することもある。これらのTEの正と負の効果のバランスはまだ不確かだ。

この研究は、これらの侵入がゲノムだけでなく、ショウジョウバエの集団の全体的な適応力やフィットネスにもどのように影響するかを監視する必要があることを強調している。新しいTEの存在は、重要な遺伝的変異を引き起こし、これらの集団が環境の変化にどのように適応するかに影響を与える可能性がある。

#これからのこと

人間の活動や気候変動によって生息地が変わり続ける中、ショウジョウバエの集団は将来的にさらなるTEの侵入に直面する可能性が高い。次にどのTEが広がるかを特定することは興味深い分野だ。関連種からの一部のTEがショウジョウバエで活性化し、これらの生物の進化に寄与する可能性がある。

結論として、ショウジョウバエにおけるTEの研究は、これらの遺伝的要素がどのように種を超えて移動し、時間とともに集団に影響を与えるかの複雑な状況を明らかにしている。この侵入のメカニズムや結果を理解することで、研究者たちはショウジョウバエのゲノムの変化をよりよく理解し、生物多様性や生態系への広範な影響を把握することができる。