種グループ内の種の数を知ることは、保護のために不可欠です。なぜなら、それらを保存するにはグループ内の種の数を知る必要があるからです。種の数をより正確に理解できれば、種の形成と変化の研究が改善されるため、進化過程の研究にも重要です。
種の境界設定とは、複数の種類の方法を使用して、種の境界に関する仮説をサポートすることです。種の境界設定プロセスには、潜在的な種の識別と種の境界のテストという 2 つのステップが含まれます。この論文では、これらの 2 つのステップをコーチウィップとウィップスネーク (マスティコフィス属) と呼ばれる北米のヘビのグループを使用して実行します。 ）。種の境界を特定してテストするために、ヘビ標本の外部測定、ミトコンドリア配列データ、数千の核配列マーカーなど、いくつかの種類のデータを収集しました。
3 つのデータセットの選択は、古い手法と新しい手法をバランスよく使用することでした。まず、DNA 時代以前に科学者がこれらのグループの種の境界を特定した方法であるため、外部測定値を含めました。さらに、多くの研究者は、特に古い標本のように DNA が利用できない場合に、外部測定を今でも使用しています。また、2 種類の DNA シーケンス データを収集しました。1 つはミトコンドリア DNA で、母親によってのみ受け継がれ、核 DNA よりもはるかに速く進化します。したがって、このミトコンドリア DNA を使用して、最近の進化の変化や、男性と女性の進化の歴史の違いを特定することができます。
また、二重消化制限部位関連 DNA シーケンシング (ddRAD) と呼ばれる手法を使用して、数千の核 DNA マーカーを収集しました。この方法は、ゲノムを酵素でランダムにせん断し、すべての DNA 断片を配列決定することによって機能します。個体間で共有されているフラグメントを並べることで、種内および種間で共有されている DNA の変化を探すことができます。ただし、この方法の 1 つの課題は、遠縁の種を分析する場合、DNA が異なる場所で切断されるほど大きく異なるため、最終的に DNA 配列が少なくなり、多くの欠落データが生じることです。 .この欠落している配列データが、種の境界の最終的な推定にどのように影響したかをテストしたかったのです。
私たちは分析を 3 つの種グループ、コーチウィップ (Masticophis 鞭毛) に集中させました。 ）、新熱帯性のウィップスネーク（Masticophis mentovarius） ）、およびソノラウィップスネーク（Masticophis bilineatus）;図1）。コーチウィップは米国全土に分布しており、以前は 6 つの亜種が記載されていました。新熱帯性のウィップスネークも、メキシコ北部からベネズエラまで、広範囲に生息しています。この種には 5 つの亜種が認められており、そのうちの 1 つ (Masticophis mentovarius striolatus) 過去に外部の特徴に基づいてコーチウィップと新熱帯性ウィップスネークの両方に分類されてきました.
最後に、ソノラ ウィップスネークには認識されている亜種が 2 つしかなく、コーチウィップや新熱帯性ウィップスネークよりも範囲がはるかに制限されています。これらのヘビに関する最近の研究はほとんど行われておらず、種の境界と関係のほとんどは外部の鱗の数と色のパターンに基づいていましたが、最近の DNA 配列決定には基づいていませんでした。外部機能のみを使用する場合の課題の 1 つは、それらが進化の歴史ではなく、局所的な環境条件への適応を反映している可能性があることです。 DNA シーケンスは、進化の歴史を反映する必要があります。
コーチウィップとウィップスネークの種の境界を探る
種の境界を特定するために、まず外部測定データを調べました。その多くは過去の研究から収集したものです。外見の特徴、特に腹の鱗の数と動物のてっぺんの色が種の識別に使用されることがわかりました。しかし、これらの特徴は進化の歴史とは一致せず、進化の歴史ではなく局所的な適応がこれらの外部の違いを引き起こした可能性があることを示唆しています。
次に、ミトコンドリアのデータを使用して系統樹を推定しました。系統樹は、DNA 配列の類似性に基づいて進化の歴史をグラフィカルに表現したものです。認識されているコーチウィップの亜種の半分は、残りの とより密接にグループ化されていることがわかりました。 新熱帯性ウィップスネーク、そして複雑な過去を持つ新熱帯性ウィップスネークの亜種 Masticophis mentovarius 線条虫 他の新熱帯性ウィップスネークではなく、ソノラウィップスネークとより密接にグループ化されています!言い換えれば、種の境界と関係の歴史的理解は、ミトコンドリア配列データによってまったくサポートされていませんでした。
最後に、これらの種の境界と関係をさらに調査するために、核DNAデータを使用していくつかのタイプの分析を実施しました。しかし、核データでは、コーチウィップにはおそらくいくつかの種が存在するものの、それらはすべて互いに関連しており、ミトコンドリアのデータのように新熱帯性のウィップヘビとは関連していないことがわかりました.ただし、Masticophis mentovarius striolatus ソノラウィップスネークと密集しています。これは、これらの広範囲の種のそれぞれに、実際にはいくつかの未記載の種が含まれている可能性があることを示唆しています.
種の境界に関する仮説の検証
これまでのところ、種の境界と種間の進化的関係については良い考えがありましたが、種の境界に対する数学的サポートはまだありませんでした。言い換えれば、それらの種が「本物」である可能性に数値を付けたかったのです。この可能性の値を推定するために、合体法と呼ばれるモデルベースのテストを使用して、種の仮説をサポートする値を提供しました。
種の仮説ごとに合体分析を実行し、最後に、提供された DNA 配列データに基づいて、その仮説の可能性を推定しました。たとえば、東部と西部のコーチウィップが 1 種または 2 種である可能性を比較し、最終的にどちらの仮説がよりよく支持されているかを示す数値が得られました。尤度の計算は、提供されたシーケンス データと同じくらい優れているためです。 500 の遺伝子がある場合、計算に使用する情報が多くなります。しかし、ddRADseq データに含まれる遺伝子が増えるということは、欠落データが増えることを意味し、これらの欠落データが尤度計算にどのように影響するかは不明でした。
最後に、欠損データが多く (<50%)、欠損データが少ない (<20%) 種関係のすべての組み合わせについてモデルを実行しました。モデルは、テストしたすべての亜種を独立した種に分割することをサポートし、欠損データが多いほど、計算に含まれる遺伝子が多いほど、欠損データが少ないのと同じ答えが得られることがわかりました。しかし、より多くの遺伝子を含めることで、最良のモデルのサポートが向上しました。言い換えれば、すべての分析は、以前に説明されたよりもはるかに多くの種のホイップスネークとコーチウィップをサポートしましたが、追加の遺伝子配列に含まれる追加の情報のために、より多くの種を持つ可能性の値はより多くの欠損データで高くなりました.私たちの論文の最後に、私たちは保守的なアプローチを採用し、ソノラ砂漠とチワワ砂漠の間の移行部でコーチウィップを東部と西部の種に分割し、Masticophis mentovarius striolatus を昇格させることにしました。 Masticophis lineatus へ .
この研究は科学に 2 つの主な貢献をします。まず、コーチウィップとウィップスネークの種の境界と関係を明らかにします。種の境界が更新された今、保全機関はこれらの種を別の方法で管理することを選択する可能性があります。さらに、このグループの進化過程を研究している研究者は、種の境界がどこにあるかを知ることで、どのように進化したかをよりよく理解できます。第 2 に、特に ddRADseq を使用する場合に欠損データが多いほど、より多くの DNA マーカーを含めることができるため、最良のモデルのサポートが向上することが、私たちの研究でわかりました。言い換えると、多くの欠損データ (または分析ノイズ) は、より多くのメーカーを含めることで相殺される傾向があります。
