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ヨーロッパアワノメイガ(ECB)の進化と種分化

将来の DNA 解読用に冷凍される ECB の成虫

この CodonCode Aligner ユーザー事例では、ヨーロッパアワノメイガの進化、種分化と突然変異といったさまざまな側面での研究に CodonCode Aligner がどのように使用されているかを紹介します。タフツ大学の Dopman Laboratory で、博士課程の学生である Crista Burke はヨーロッパアワノメイガの休眠後の発育時間(PDD)を研究しています。PDD を遺伝子座と結び付け、PDD が遺伝子流動の障壁であることを暗示していることを理解することが主な目的です。

Crista は CodonCode Aligner を使用して、ヨーロッパアワノメイガの複数個体のコンティグを相互にアラインするだけでなく、1 つのサンプルのプライマー対の切り替えからコンティグをアセンブルし、表現型と遺伝子型を結合させています。それらのシーケンスを既知種と比較するには、CodonCode Aligner から直接 BLAST 検索を起動します。

 

ヨーロッパアワノメイガの種分化

ECB の雌(左)と雄は、性的二型性と配色の差異が見られる

ヨーロッパアワノメイガ(ECB)、学名 Ostrinia nubilalis はアメリカ合衆国およびカナダでよく見られるトウモロコシ作物の害虫です。この外来種は約 100 年前にヨーロッパからアメリカ合衆国に移入しました。移入して以来、この害虫は増え続け、損害や対策費用が毎年 20 億ドルを超えるまでに広がっています。ECB 系統は、フェロモン生成も化性パターンも異なります。これらの系統は、部分的に異系交配可能ですが、繁殖は分離しており、種分化が進んでいます。私たちは、生殖障壁および遺伝子流動に対する障壁として、化性に関心を持ちました。化性を研究することで、時間的隔離および概日リズムを制御する遺伝子に対する貴重な洞察を得られます。時間的隔離も時計遺伝子も非常に一般的な生物学的プロセスです。遺伝子座に時間的隔離がリンクすることはめったにありません。これが私たちの研究室の主な目標の一つです。ECB は、研究対象として理想的な系統です。なぜなら、種分化が発生し、その後どうなったのかを推測できるため、動的過程としての種分化を見ることができるからです。

ECB 系統で特定されている化性の表現型は、PDDf と PDDs の 2 つです。PDDf は 1 化性(1 年に 1 世代)、PDDs は 2 化性(1 年に 2 世代)です。後休眠発育(PDD)時間は、休眠が破れたあとに幼虫が蛹になるのにかかる時間です。自然個体群では、冬が終わって春がきたときです。これらの異なる PDD 系統は、遺伝子流動への障壁として機能する時間によって隔離されます。私たちはこの障壁がどれほど強く作用すれば遺伝子流動を妨げるのか、また PDD を遺伝子座にリンクすることにも関心を持っています。研究の 60-70% は、雑種不稔性や死亡率などの受精後生殖障壁に集中していますが、ECB の研究によって受精前障壁の形成方法に関する新たな洞察を得られるでしょう。受精前生殖障壁は、一般に多遺伝子座形質のため、遺伝子座が識別しにくいのですが、PDD はこのパターンに当てはまりません。このため ECB は遺伝子的原因に関連する受精前障壁の研究のモデルシステムとなっているのです。

PDD の遺伝子座を知ることで、農家が殺虫剤を散布する時期および遺伝子組み換え(Bt)トウモロコシを植える時期の最大 10ヶ月前に蛾の遺伝子型を知ることができるため、最も効果的な方法を知ることができます。個体群間の遺伝子流動率を理解することで、もう一つ重要な農業利益が得られます。殺虫剤と Bt トウモロコシの両方に対する抵抗性遺伝子は、トウモロコシ産業に天文学的数字の影響を与えるため、抵抗性遺伝子が広がる速さを追跡することは非常に重要です。

プラスチックカップ上を這う ECB の幼虫

「CodonCode Aligner は、シーケンスビューアおよびエディタとして、私たちの研究室がこの種のプログラムに必要とするすべてに役立っています。経験豊富な研究室のメンバーにとっては、CodonCode Aligner は完璧なプログラムであるだけでなく、他のプログラムにはない使いやすさがあります。学部学生にシーケンス方法や、その結果の可視化方法を教えるときには、わかりやすく操作しやすいプログラムが役に立ちますし、初心者でも混乱しません。CodonCode Aligner は私にも指導している学生にとっても、使いやすいインターフェイスを提供してくれます。私は生物学に携わるようになってから いくつかのプログラムを使用してきましたが、CodonCode Aligner は使いやすさと機能性において私の一番のお気に入りです。」