Balancing selection and trans-specific polymorphisms

Guo and colleagues compare whole-genome variation of two species to identify TSPs. 比較した遺伝子の数が多いため、彼らは偽陽性を減らすために一連の厳しいフィルタリングのステップを使用した。 (このような偽陽性は、TSPがバランス選択ではなく、他の進化プロセスによって生成されたものであり、ゲノム進化におけるバランス選択の範囲と重要性に対する我々の理解を誤らせることになる)。 そこで、遺伝子コピー（パラログ）間の変異を単一遺伝子座の多型と誤認しないように、16,014の保存されたオーソログ単一コピー遺伝子対に着目した。この中には、A. thalianaとC. rubellaでそれぞれ110万と45万のバイアレリックSNPsが含まれていた。 これらの多型部位のうち、8535SNPは種間で共有されるSNP（shSNP）のペアを示した。 コーディング領域でのアラインメントは非コーディング配列でのアラインメントよりも信頼性が高いため、著者らはコーディング領域で見つかった高品質のshSNPの約3分の1のみを残し、433の遺伝子に影響を与えた。

これらのshSNPは、祖先多型の不完全な系統選別や、均衡選択の代わりに再発した突然変異などの中立的進化過程を反映しているかもしれない。 中立的な要因が共有多型を維持する可能性を理解するために、Guoらは合体シミュレーションを用いてA. thalianaとC. rubellaの人口動態史を推定した。 その結果、両種とも共通の祖先から分岐した後、歴史的に集団サイズが縮小したこと（ボトルネック）が検出された。 また、これらの解析から、これら2種の祖先の間で古代の遺伝子流動が起きていたことが示された。 中性合体説と推定された人口統計学的パラメータに基づき、不完全な系統選別（すなわち、種分化以降の期間にA. thalianaとC. rubellaの2つの対立遺伝子が合体しなかったこと）の確率は、10-9のオーダーであると考えられる。 このことは、遺伝的ドリフトのみで、< 1 shSNPが整列したゲノム領域に保持されることを意味する。 この推定確率は、種内の自己形成や集団構造にも適用され、祖先の遺伝子フローに影響されることはないと考えられる。 したがって、shSNPの存在は遺伝的ドリフトだけでは説明できず、平衡選択によって維持されていると考えられる。

中立の下では、祖先の多型を持つハプロタイプは組換えの結果バラバラになり、昔に分岐した種では非組換えの対立遺伝子を特定することは困難であろう。 一方、バランス淘汰は選択された部位での組換えを抑制することができ、複数の連鎖した変種を保有する短い祖先セグメントは、すべての系統が共通の祖先に合体するまで存続する可能性がある。 このような場合、古代のバランス型多型は、種ごとではなく対立遺伝子型ごとにクラスター化することがあり（図1a、b）、これはバランス型選択の兆候であると言える。 A. thalianaとC. rubellaの組換え率を3.6 cM/MBとすると、Guoたちは、中立的に進化してきた古いセグメントは数塩基対の長さに過ぎないと推定している。 そこで彼らは、同定された433の候補遺伝子を100bpのスライディングウィンドウでスキャンし、種ではなくアレルによってクラスター化された配列領域を見つけた（図1b）。 図1

Origin and identification of trans-specific polymorphisms at a single-copy locus.a time runs from top to bottom, and variation within a species is enclosed black lines.The time runs from top to bottom. 種分化が始まる前、祖先の種では2つの対立遺伝子が分離し（紫の線）、それぞれのコピーが1対の子孫対立遺伝子を生み出す（青2個、赤2個）。 種分化が進むと、これらの子孫の対立遺伝子は娘種に遺伝し、ついには個体間に現代の対立遺伝子多型が存在するようになる。 (典型的な合体解析のように、現代のサンプルに含まれる系統のみが示されている) b 1つのシングルコピー遺伝子における、現代の配列決定された対立遺伝子の関係を示す対立遺伝子系統図。 青い系統では、シロイヌナズナのアレルは、トランス特異的多型により、A. thalianaの赤いアレルよりもCapsella rubellaの青いアレルに近縁であることが示されている。 図はWuらから引用

Guo たちは次に、5つの遺伝子からハプロタイプを長期バランス選択下のTSPの候補として同定した。 これら5つの遺伝子は両種とも1コピーであり、シミュレーション研究により、中立進化ではこのパターンは非常にあり得ないことが確認され、これら5つのTSPは釣合い選択によって維持されていることが示唆された。 また、これらの領域では、古代のバランス多型に期待されるような高い塩基多様性と中間頻度多型によって、バランス選択が支持された。 最後に、Guoたちは、これらの5つの候補遺伝子が多様な生息環境に適応するためにどのような役割を果たしているかを調べた。 彼らは、A. thalianaに注目した。この種の遺伝的、地理的、生態的変異に関する情報が豊富にあったからである。 また、歴史的な遺伝的分岐との交絡を避けるため、集団の歴史とは無関係で、生態的分岐と相関があり、局所的な適応を示唆する4つの遺伝子を検討した。 環境ニッチモデリングにより、4つの遺伝子のうち2つの対立遺伝子群が有意に異なるニッチを占めることが確認され、発現解析により4つの遺伝子のうち1つの遺伝子においてハプロタイプ群間で異なる発現レベルが検出された。 これらの結果を総合すると、バランス淘汰された遺伝子がA. thalianaの適応に寄与している可能性が示唆された

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