季刊誌「生命誌」通巻29号 
ゲノムから進化を探る研究:目次>ゲノム比較から見えるもの:五條堀 孝
ゲノムから進化を探る研究
ゲノム比較から見えるもの:五條堀孝
 38億年前、最初の生命が誕生した。以来、細胞は、分裂を繰り返すことで現在まで存続し、内にあるゲノムを伝えてきた。その間、ゲノムは少しずつ変化し、細胞のあり方に影響を与え続けている。
 生命誌は、ゲノムに刻まれたこの変化の痕跡を辿ることで、生きものの歴史とお互いの関係を読み解こうとしている。
 今、ゲノム研究は、医療やバイオ産業と結びつき、巨額の費用と人員を投じて凄まじい勢いで遺伝子情報を収集している。この膨大な情報が、どのくらい生物の歴史、つまり進化を読み解くことにつながるのだろうか。
ゲノム比較から見えるもの
 さまざまな生物種で、次々とゲノムのDNA配列が決定されてきている。大腸菌をはじめとする多くの細菌、パン酵母、線虫、ショウジョウバエなど、すでに決定が完了しているものもたくさんある。ヒトについても、2000年6月に「概略配列」が発表され、数年後には国際共同研究チームが完全な配列を公開する予定である。
 こうして集められたデータを基に、異なる生物種のゲノムを比較してみると、とんでもないことが分かってきた。まず、独立して生活している生物として初めて全ゲノムが決定されたインフルエンザ菌(インフルエンザウイルスとは違う)と、これまで生物研究の材料として使われわれわれに馴染み深い大腸菌のゲノムを比べてみた。この二つは比較的近縁とされているのだが、インフルエンザ菌は約180万、大腸菌は約460万個の塩基からできており、大きさが随分異なる。二つの菌の共通祖先から各々が分岐した後に何が起きたのか。大型コンピュータを使っても何日もかかる大変な比較作業をした結果、ほとんどの遺伝子がゲノム上で位置を大きく、しかも、ランダムに変えていることがわかった。まったく違う姿に変わっていると言ってもよいほどだ。
 そこで、別の細菌についても比較を進めた結果、異なる生物種間で遺伝子が移動していること、つまり、「水平遺伝子移行」が起きていることがわかった。生物進化の系統樹に沿わず、種の壁を乗り越えて飛んでくる遺伝子がたくさんあるのだ。これまで、遺伝子は同じ種の中で垂直方向に伝わるものであり、種の壁を越えて移ることはないとされてきた。遺伝子組換え技術が開発されたときも、種の壁を越えて遺伝子を移すことが問題視された。しかし、ゲノムの比較から、ゲノム内の遺伝子は一つの生物の中で量を増やすなど静かに進化してきたのではなく、ゲノム内で頻繁に位置を変えたり、さらには他の種に水平移動するなどダイナミックな動きをしてきたことがわかった。ヒトも含めて、生物のゲノムはいろいろな起源をもつ遺伝子群のモザイクから成り立っているとしか思えない。
 そんな節操のないゲノムの進化がどうして許されたのだろう。実は、生物はこのような柔軟性に富んだゲノムをもっていたからこそ、地球上に生き残れたのだと考えられる。さまざまな環境の変動、ゲノム上の突然変異、ゲノム自体の重複や欠失などの大規模変化、次々とやってくる水平移行の遺伝子など、到底予測が不可能な進化上のあらゆるゲノム変化に対して、柔軟性のないがちがちのゲノム構造では全く対応できず、そのような生物種はただちに滅びたに違いない。ちょうど、自動車を安全かつ適切に運転するには、ハンドルに「遊び」が必要なのと同じだ。
 このような「ゲノムの進化的可塑性」と呼べる柔軟性こそが、約38億年を生き抜いてきたしたたかな生命の進化戦略であるといっても過言ではない。今後、多くのゲノム情報が明らかになり、ゲノムの比較研究がさらに活発になるにつれて、想像もつかなかった生きものの姿が見えてくる可能性がある。それが、21 世紀にふさわしい新たな生命観や世界観を構築する大きな手助けになると期待している。

ダイナミックに変化するゲノム
インフルエンザ菌と大腸菌の遺伝子配列の比較。中央の横線が大腸菌ゲノム(2本鎖の一方だけが示されている)。上下2本の線がインフルエンザ菌のゲノムを示す。両方の生物に受け継がれた遺伝子を線で結ぶと、線は複雑に交叉した。二つの種が分岐した後、それぞれのゲノムで、遺伝子の並び方が大きく変化したことが一目瞭然だ。
(Watanabe, H et. al. J. Mol. Evol., 44, S57-S64 <1997>より改変)
(ごじょうぼり・たかし/国立遺伝学研究所教授)
INDEX
  ゲノムから進化を探る研究:鳥居信夫
遺伝子の爆発と動物の爆発:宮田 隆
分子進化と種の進化をつなぐ仕組み:矢原一郎
Special Story