PLOS Biology

遺伝子発現の進化的変化は、大部分が自然選択によって決まるのか、それともランダムな力によって決まるのか？ チャールズ・ダーウィンが、生物は自然淘汰のプロセスを通じて環境に適応すると提唱してから約150年経つが、特に分子レベルではいまだに議論が続いている。 ダーウィン淘汰説は、1983年に木村式分子進化論によって否定された。この説では、種内および種間のDNA（塩基）およびタンパク質（アミノ酸）配列の違いの大部分は選択的効果を持たないかわずかであり、これらの違いはほとんどランダムなプロセスで生じると主張している。 ヌクレオチドレベルの突然変異は、ランダムに、定期的に起こる。 そのうちのいくつかは世代を超えて生き残り、結果として種間の進化的変化を「固定化」する。 それは、選択的優位をもたらす変化を好む自然選択と、遺伝的ドリフト（小さな集団で世代から世代へと起こる遺伝子型頻度のランダムな変動）のような確率的（ランダム）事象である

。 しかし、変異は遺伝子型レベルで生じ、一方、選択は主に表現型レベル（つまり、遺伝子型の物理的な現れ）で働くと考えられているので、DNA配列レベル、ひいては遺伝子発現レベルでは選択はあまり明白ではないと予想するのが妥当であろう。 マイクロアレイ技術により、何千もの転写産物（アミノ酸配列に翻訳される DNA の RNA コピー）の発現レベルを系統的に調べることが可能になり、種間の進化中に固定された遺伝子発現の変化のほとんどが選択的プロセスによるものか、確率的プロセスによるものか、という問いを立てることができるようになりました。 研究チームはまず、ヒトを含むさまざまな霊長類の前頭前野で、約1万2000個の遺伝子の発現レベルを分析した。 もし、進化的変化が自然淘汰ではなく偶然に引き起こされたものであれば、生物の物理的あるいは行動的変化ではなく、時間の関数として蓄積されていくことになる。 そして、これが著者らが発見したことです。種間の遺伝子発現の変化は時間とともに直線的に進行し、霊長類の脳における遺伝子発現は、大部分が選択的に中立な、つまり生物学的に重要ではない変化を導入するランダムなプロセスから進化したことを示唆しています。

中立進化論によると、同様のランダムなプロセスが両方のレベルで働いているため、種内および種間で同じ力が進化の速度を決定しているのです。 その結果、種内でより変化する遺伝子は、種間でもより変化しやすくなるはずである。 著者らは、ヒト内での変異に応じた遺伝子の発現量を比較し、ヒト内での変異が大きい遺伝子は、ヒト内での変異が小さい遺伝子に比べて、種間で有意に速く変化することを明らかにした。 また、遺伝子で観察された変化と偽遺伝子（進化の過程で突然変異を獲得して機能しなくなった遺伝子）で観察された変化を比較したところ、両者に有意差はなく、ほとんどの発現変化には機能的意義がないことが改めて示唆された

彼らの分析は自然選択の役割を排除できないが、すべての結果はトランスクリプトーム進化の中立モデルと一致するものである。 つまり、種内・種間の遺伝子発現の違いの大半は、機能的適応ではなく、選択的に中立であり、一般的な遺伝子発現の変動に基づいて種の違いを説明することはできないだろう、ということだ

著者らは、種間の特定の組織における遺伝子発現の違いを検討するだけではなく、種の中の異なる組織の進化についても論じている。 人間の脳は、機能や組織学（顕微鏡的構造）が異なる領域で構成されている。 これらの領域はそれぞれ、進化の過去のある時点で、機能的あるいは組織学的な差異を獲得し、姉妹領域から切り離されたのである。 著者らは、領域間の変化の大きさが、他の方法で推定された組織分岐時間と相関することを示した。 この発見が脳内外の他の組織にも適用されれば、種内の組織の進化を再構築する方法を提供することができるかもしれない

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