平成17（2005）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	17−共研−2051			専門分類		7
研究課題名	哺乳動物における分子系統樹及び分岐年代推定に関する研究
フリガナ 代表者氏名	ソウ　イン 曹　纓			ローマ字		Cao Ying
所属機関	統計数理研究所
所属部局	モデリング研究系
職　　名	助手
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配分経費	研究費	0千円	旅　費		0千円		研究参加者数	16　人

研究目的と成果（経過）の概要

生物学の発見のほとんどは、理論的には予想の付かないことの連続であって、役立つデータ解析法を開発するためには、具体的な問題解決を通して行うべきと考える。本研究はクジラ目の系統関係など生物学の具体的な問題を解決しながらデータ解析法の開発を進めてきた。分子系統樹を推定するには、確立モデルに基づいた統計解析が必要である。幸いのことに最尤法、ベイズMCMC法による解析が今まで長く使われていたアド・ホックな方法を乗っ取ってこの分野で広く応用されるようになった。しかし最尤法による解析では、取り扱う生物種の数が増えることによって、可能である系統関係を表す系統樹の数は爆発的に増加し、トポロジー空間を網羅的に探索することは困難になる。今回絶滅の危機に迫られている貴重な揚子江カワイルカのミトコンドリア・ゲノムを決め、クジラ目に置けるカワイルカの系統関係の推定の過程でも、同じ問題があった。そこで、ベイズのMCMC法を用い、その推定の過程で生成されるトポロジーを保存しておくことを考えた。最終的には、収斂されたMCMC法で生産されたトポロジー・セットを、最尤法で解析を行い、カワイルカに関する研究結果を以下の3つにまとめられた。
1) カワイルカ類は多系統である；
2) 南米に生息するアマゾンカワイルカとラプラタカワイルカが単系統群を形成する；
3) ガンジスカワイルカがほかのカワイルカや海洋性イルカから先に分かれた。
扱う生物種の数の増加で最尤法だけでは不可能だった最適なトポロジー探索を、ベイズのMCMC法の活用によって、系統樹トポロジー探索法を生み出した。最尤系統樹の候補になるトポロジーの数を絞ることができた。更に蛋白質をコードする遺伝子の塩基配列の解析において、コドン(codon)内の塩基間の相関を無視した解析の欠陥を指摘し、コドン置換モデルの有効性を明らかにした。
分岐年代推定に関しては、multiple referencesによるcalibrationを取り入れ、生物の各系統で異なる進化速度などの考慮を認識する解析法を用いた。マッコウクジラに続いて、ほかの歯クジラから先に分かれたガンジスカワイルカの分岐年代は3000万年前で、南米に生息するアマゾンカワイルカとラプラタカワイルカの分岐年代は1600万年〜2300万年だったとの結論が得られた。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

学術論文：
Li, Z., Liu, Q., Song, M., Zheng, Y., Nan, P., Cao, Y., Chen, G., Li, Y. and Zhong Y. (2005) “Detecting correlation between sequence and expression divergences in a comparative analysis of human serpin genes”, BioSystems, 82: 226-23.

Zhang, Y., Zheng, N., Hao, P., Cao, Y. and Zhong Y. (2005) “A molecular docking model of SARS-CoV S1 protein in complex with its receptor, human ACE2”, Computational Biology and Chemistry, 29: 254-257.

Sasaki, T., Nikaido, M., Wada, S., Yamada, T. K., Cao, Y., Hasegawa, M. and Okada, N. (2006) “Balaenoptera omurai is a newly discovered baleen whale that represents an ancient evolutionary lineage”, Molecular Phylogenetics and Evolution, In press.

Watanabe, M., Nikaido, M., Tsuda, T., Kobayashi, T., Mindell, D., Cao, Y., Okada, N. and Hasegawa M. (2006) “New candidate species most closely related to penguins”, Gene, In press.

学会発表：
Cao, Y. “Time Scale of Eutherian Evolution Estimated Without Assuming a Constant Rate　of Molecular Evolution” July 28, 2005, Fudan University, Shanghai, China.

曹纓“ミトコンドリアゲノム解析に基づくカワイルカの系統進化に関する研究”
日本進化学会第7回東北大会　2005.8.27

著書：
Our Ancestor: A Saga, Gene Tells (听基因讲祖先的故事・中国語)
長谷川政美、任文偉、楊莉琴 著、曹纓、鍾陽 審訂、上海技術教育出版社 (2005)

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研究参加者一覧
氏名	所属機関
岡田　典弘	東京工業大学
佐々木　剛	基礎生物学研究所
下平　英寿	東京工業大学
Zhong, Yang	Fudan University
二階堂　雅人	日本学術振興会
松井　淳	総合研究大学院大学
三井　英也	総合研究大学院大学
宗正　円生	東京工業大学
Yang, Ziheng	University College London
米沢　隆弘	総合研究大学院大学
Li, Yi Xue	Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences
Ren, Wenwei	Fudan University
渡辺　麻衣子	東京工業大学
Wang, Li	Fudan University
Wang Ding	The Institute of Hydrobiology (IHB), Chinese Academy of Sciences (CAS)