Research press release

【進化】高い遺伝的近縁性によって多細胞間の協力を保つ菌類

Nature Communications

Evolution: Fungi keep it in the family

特定の生物において細胞核の遺伝的近縁性が高いことによって多細胞間の協力が維持されていることが確認された。今回の研究は、菌類の一種であるアカパンカビ(Neurospora crassa)を研究対象としており、高い遺伝的近縁性によって多細胞生物の細胞間の協力が選択されるが、これとは逆に、遺伝的近縁性が低いと、細胞は個体全体に投資するのではなく、増殖のために競合することが示唆されている。この研究結果を報告する論文が、今週掲載される。

遺伝的近縁性の高いことが多細胞生物の進化の基盤をなしているという仮説が提唱されており、その正当性は、粘菌類と細菌類を用いた研究結果によって裏付けられている。しかし、近縁性の高さを実験的に操作することが難しいため、この仮説は直接検証されていなかった。

今回、Duur Aanenたちは、アカパンカビの2つの菌株、つまり、近縁関係にない細胞とのキメラ(異なる接合子に由来する細胞を有する単一の生物)を形成する能力のある菌株とない菌株を並行して進化させて、アカパンカビにおける協力の進化を調べた。この実験的条件下で、Aanenたちは近縁性の程度を変えて研究を行うことができた。キメラを形成できる菌株は、近縁性が低いという特徴があり、キメラを形成できない菌株は、単一細胞からクローン個体として発生し、近縁性が高いという特徴がある。また、(胞子収量で測定される)多細胞間の協力は、近縁性の高い菌株では変化がなかったが、近縁性の低い菌株で低下し、胞子収量は平均で3分の1に減少した。そして、近縁性の低い菌株はごまかしをする変異体(キメラを構成する他の細胞の適応度を犠牲にして自らの適応度を高める細胞)を取り込むように進化したことをAanenたちは明らかにした。

今回の実験的検証では、高い遺伝的近縁性によってごまかしが排除され、多細胞生物内の協力が維持されていることが示唆されている。

A high degree of genetic relatedness among the nuclei of cells in a given organism may sustain multicellular cooperation, finds a paper published in Nature Communications this week. The study, which looked at the fungus Neurospora crassa, suggests that a high degree of genetic relatedness selects for cooperation among the cells of multicellular organisms, but that, conversely, when relatedness is low cells compete in order to reproduce rather than investing in the individual as a whole.

High genetic relatedness has long been hypothesized to be fundamental for the evolution of multicellularity, as supported by findings in slime moulds and bacteria. However, direct tests have been lacking because levels of relatedness are difficult to manipulate in the lab.

Duur Aanen and colleagues investigated the evolution of cooperation in N. crassa by allowing two strains of the fungus to evolve in parallel, one with and one without the ability to form chimeras (single organisms with cells from different zygotes) with unrelated cells. This experimental set up allowed the authors to study different degrees of relatedness: the fungi that form chimeras are characterized by low-relatedness, whereas those that do not - instead developing clonally from single cells - are characterized by high-relatedness. They find that multicellular cooperation, measured in terms of spore production, remained unchanged in strains with high relatedness, but decreased in those with low relatedness, resulting in an average three-fold decrease in spore yield. The authors show that the low-relatedness strains evolved to incorporate cheating mutants - cells that increase their own fitness at the expense of the fitness of other cells in the chimera.

Therefore, this experimental test suggests that high genetic relatedness selects against cheating and maintains cooperation within multicellular organisms.

doi: 10.1038/ncomms11435

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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