動物から微生物まで、多くの種が性フェロモンを使用して異性の潜在的なパートナーを引き付けます。フェロモンとそれに対応する受容体の特異性は、男性と女性がお互いを認識する能力を決定します。したがって、フェロモン システムの突然変異の変化は交配を防ぐことができます。集団間の遺伝子の流れを制限するこのいわゆる生殖隔離は、重要な進化プロセスと考えられていますが、フェロモンと受容体の新しい組み合わせはどのように進化するのでしょうか?
オープン アクセス ジャーナル PLoS Biology に掲載された最近の研究 分裂酵母の「非対称」フェロモン認識システム Schizosaccharomyces pombe :一方のフェロモン/受容体のペアは非常に厳密に動作しますが、もう一方のペアはある程度の多様化を自由に受けることができ、おそらく S.ポンベ [1].
S. の 2 つの性別 (「プラス」と「マイナス」)。ポンベ (図 1) それぞれ小さなフェロモン ペプチド (「P 因子」と「M 因子」) を分泌し、異性の細胞の表面にある対応する受容体に結合します。我々は以前、両方のM因子の一次構造を遺伝的に改変することにより、新しい種のように振る舞う（すなわち、互いに交配することができるが、野生型株との交配は非常に不十分である）異性の新規分裂酵母株ペアを作成した。およびその同族受容体 [2,3]。新しい菌株を試験管内で野生型菌株と共培養した場合、種間での遺伝情報の交換レベルは非常に低かった.
この実験結果は、フェロモン/受容体認識の変化が生殖隔離の根底にあるメカニズムの1つである可能性があるという考えを支持しています。しかし、より一般的には、フェロモン活性の喪失は種の系統の絶滅につながる可能性がありますが、自然界で成功した交配を維持しながら、フェロモン システムはどのように進化するでしょうか?
この疑問に答えるために、私たちは最近、2 つのフェロモンをコードする遺伝子と 150 の野生の S.ポンベ 22 以上の異なる地理的起源の菌株 (図 2)。配列分析は、一方のペア、M 因子とその受容体のアミノ酸配列に変化がないことを明確に示しましたが、もう一方のペア、P 因子とその受容体はかなりの多様性を示します。興味深いことに、このような 2 つのフェロモンの「非対称」多様化は、近縁の 2 つの分裂酵母種 S にも見られました。クライオフィラス と S.タコ これは、分裂酵母における P 因子によるシグナル伝達ではなく、M 因子によるコミュニケーションが種の定義において重要な役割を果たしていることを意味します。
S.タコ M-factor は、野生型 S からの交配反応を刺激しません。ポンベ 、しかし S の導入。タコ Ｐ因子は、実験室で生理学的交配を部分的に回復することができた（野生型効率の約半分）。ポンベ 独自の P 因子遺伝子を欠く株。同様に、Sp-P 因子の導入により、実験室で交配が部分的に回復する可能性があります。タコ 独自の P 因子遺伝子を欠く株。実際、Ｐ因子ペプチド変異体のほとんどは、Ｓ．ポンベ と S.タコ 、一方、M因子ペプチドは他の種では機能不全でした。つまり、M 因子は同じ種内でのみ機能しますが、P 因子は種を超えて機能します。これらの結果は、2 つのフェロモン受容体が対応するフェロモンに対して異なる特異性を持っている可能性があることを示唆しています。
現時点では、なぜ S.ポンベ は「非対称」フェロモン認識システムを持っていますが (図 3)、交配パートナーの厳密な認識を維持しながら、フェロモン/受容体の変異変化に柔軟に適応できる可能性があり、おそらく生殖隔離につながる可能性があります。
私たちの調査結果は、進化メカニズムへの新しい洞察に貢献します。多くの種が新しいバージョンのフェロモンを作成するための同様のシステムを持っている可能性があり、受容体の適応を進化させるのに十分な期間、それらが集団内で持続できるようになっていると推測しています。変異体が完全に失われる前に、最初の欠陥を回復するために 2 番目のサプレッサー変異が発生する可能性があります。したがって、フェロモンとその受容体の組み合わせは、段階的に進化する可能性があります。
参考文献:
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