霊長類進化と CNSs
5 May 2018. Jun Inoue
CNS

非コード保存領域 (conserved noncoding sequence)

脊椎動物の CNS は,タンパク質コーディング遺伝子の制御に密接に関わると考えられている.


Saber M, Saitou N. 2017.
Silencing Effect of Hominoid Highly Conserved Noncoding Sequences on Embryonic Brain Development. Genome Biol Evol 9:2037-2048.

679 Hominoidea (ヒト上科:ヒト科とテナガザル科からなる) 特異的 CNS (HCNSs) を判定.HCNSs はヒト上科だけで共有される.HCNSs が系統特異的な表現型の進化に寄与したと考察.
 HCNSs には純化淘汰が働くが,古い CNSs とは異なる系統特異的な特徴を持つ.ヒト上科共通祖先の進化過程で,HCNS 祖先配列の多くは塩基の置換,挿入,欠失速度が加速していた.このことは,正のダーウィン選択がこれら HCNS 形成に介入したことを示唆する.
 エンハンサー要素とは異なるが,サイレンサー配列と同様に,ヒト上科特異的 HCNSs は,転写開始部位の近くに位置している.これら HCNSs の標的遺伝子は,神経システム,発達,転写に関わるものが多く,もっとも近くに存在するコーディング遺伝子から離れて存在する傾向がある.Chip-seq シグナルと遺伝子発現パターンから,ヒト上科特異的 HCNSs は,機能調節要素のように考えられ,胎児脳発達の期間に組織特異的に標的遺伝子の発現を抑える効果 (silencing effect) を持つように見受けられる.
 適応進化を通して出現し,純化選択を通して保存されたこれら HCNSs は,ヒト上科特異的表現型の進化研究に有望なターゲットである.
Sequence/Alignment: Supplement Data から 679 HCNSs 配列 (ヒトの配列のみ) がダウンロード可能.

Babarinde IA, Saitou N. 2016.
Genomic Locations of Conserved Noncoding Sequences and Their Proximal Protein-Coding Genes in Mammalian Expression Dynamics. Mol Biol Evol. 33:1807–17. 日本語

哺乳類・CNS の進化.CNS のゲノム上の位置 (近傍遺伝子までの近さではない) が,その遺伝子発現調節機能にとって重要と示唆.ニワトリと哺乳類 4 種 (ヒト,マウス,イヌ,ウシ) で保存される CNS を 〜20,000 個判定 (P1814左上).
 遺伝子間領域に存在する CNS は,遺伝子砂漠のような領域でしばしばクラスターを形成. 分布パターン,ChIP-Seq, RNA-Seq データから,CNS は lncRNA (long noncoding RNA) ではなく,調節要素の可能性が高いと示唆.
 CNS と最も近い遺伝子の距離は,ヒトとマウスのゲノム間で保存的.CNS の側にある遺伝子は,遺伝子配置が保存された領域に存在.
 ChIP-Seq シグナルと遺伝子発現パターンは,CNS は近傍の遺伝子を制御すると示唆. 多くの CNS を持つ遺伝子は,少ない CNS を持つ遺伝子よりも,進化的に保存された発現を持つ (発現部位が固定されてる).
 これまでのエンハンサー活性や染色体間にわたる制御の研究例では,CNS とタンパク質コーディング領域の距離は,制御に関連しないと考えられていた.
 近接遺伝子をターゲットとしない CNS は稀と示唆 (P1815左中).このため,ゲノム欠失実験によって表現型の変化が観察されると予測.
Threthold: 哺乳類 vs ニワトリ間では塩基多様度が顕著に大きいため (同義置換率>1),threthold に特定の % を用いていない (P1808左下).このため,CNS は,非コーディング領域で,ニワトリ vs 哺乳類 4 種間で 100bp 以上の長さ保存される領域と定義.
Sequence/Alignment: CNSs アライメントの配信はない.

Hettiarachchi N, Saitou N. 2016.
GC Content Heterogeneity Transition of Conserved Noncoding Sequences Occurred at the Emergence of Vertebrates. Genome Biol Evol 8:3377-3392. Link.

菌類,無脊椎動物,非哺乳類の脊椎動物 (哺乳類は B&S13 で推定済み) それぞれの系統で CNS (高度に保存された非コード塩基配列) を比較し,無脊椎動物に比べて脊椎動物は GC 含量が低いと指摘.GC 含量は,転写因子の結合に関わるため,脊椎動物での GC 含量低下は,脊椎動物の出現と関連があると考察.CNS の GC 含量は,ヌクレオソームを形成する部位と密接な関連がある.それぞれの系統で共有される CNS 数 (Table2).
 菌類 14 種,無脊椎動物 19 種,非哺乳類脊椎動物 12 種を比較.
 脊椎動物で,組織特異的な暑現,転写,発生に関する転写因子結合サイトは GC 含量が低く,SP1 や NRF1, E2F6 など遍在する転写領域の結合サイトは GC 含量が多いと指摘 (P3390左中).
 GC 含量は,ゲノム上での CNS の位置に直接関与 (p3390右中).GC 含量の低い CNS はクロマチンが開いた領域にあり,GC 含量の高い CNS はヌクレオソーム内に存在.クロマチンが開いた領域に存在する CNS には転写因子が容易にアクセスでき,クロモソーム構造内にある CNS は,この領域がコイルをまく性質があるためアクセスしにくい.いくつかの結合領域は,その適切な制御のためにコイル状になったヌクレオソーム内部に位置する必要がある.
Threthold: Diptera, Lepidoptera, Hymenoptera, Nematode, non-mammalian vertebrates それぞれ内部で共通する CNS 探索で,E value threthold 0.001 (p3378左下).
Sequence/Alignment: Supplementary materials がダウンロードできない.

Ngai N, Saitou N. 2016.
The effect of perfection status on mutation rates of microsatellites in primates. Anthropological Science.

Saber MM, Adeyemi Babarinde I, Hettiarachchi N, Saitou N. 2016.
Emergence and Evolution of Hominidae-Specific Coding and Noncoding Genomic Sequences. Genome Biol Evol 8:2076-2092.

ヒト,チンパンジー,ゴリラ,オランウータンのゲノムを調査し,1658 ヒト科 (Homonidae) 特異的 CNS (HCNSs) を発見.4 種間で対応する配列は存在するが,ヒト科の共通祖先では高い置換率が存在したと指摘.厳しい純化淘汰の前に,ある種の正の選択が存在したと主張.
 ダウン症重要領域 4 (DSCR4) 遺伝子をヒト科特有と判定. 他のすべてのタンパク質と構造上の相同性がない.
 ヒト科特異的 CNS は,音の感覚認知やはあ生過程に関する遺伝子の近傍にあり,ヌクレオソーム存在確率 (nucleosome occupancy probability: ヌクレオソームを形成しない部位である確率) が高かった.
 この研究の結果では,ヒト科特異的な HCNS に比べてヒト科特異的な遺伝子は少なかった.このことは,ヒト科特異的表現型を司るのは,新たな遺伝子ではなく調節因子と考察 (P2077右下, P2090左下).
 ヒト科特異的遺伝子の判定は, Ensembl Compara pipeline や,INPARANOID, TreeFam, PhylomeDB, OrthoDB のオーソロジー予想データベースを使用 (Fig.1).
 ヒト科特異的 CNS が機能をもち,標的遺伝子の転写制御に含まれる裏付け (p2089):ヌクレオソーム位置解析では,ヒト科特異的 CNS ではヌクレオソームが形成されにくいと示唆 (p2089).調節配列はヌクレオソーム効果が現象するという報告がある.
Threthold: ヒト化と近縁種間の短い分岐時間を考え,厳しい threthold を採用.100% similarity (E value of 10-5, p2080左上, p2089左下), 100 bp.この論文で用いた Neutral evolution threthold (コードと非コードゲノム配列を用いて推定) を Saber and Saitou (2017) が使用.
Sequence/Alignment: Supplement material から 1659 HCNSs アライメント (Saber_HS_HCNS_alignments.txt) がダウンロード可能.

Bhatia S, Monahan J, Ravi V, Gautier P, Murdoch E, Brenner S, van Heyningen V, Venkatesh B, Kleinjan DA. 2014.
A survey of ancient conserved non-coding elements in the PAX6 locus reveals a landscape of interdigitated cis-regulatory archipelagos. Dev Biol. 387:214–228.

ある種の CNS は最も近くに位置する遺伝子の制御に関わることをコンピューター解析から指摘 (< Babarinde and Saitou, 2013).

Hettiarachchi N, Kryukov K, Sumiyama K, Saitou N. 2014.
Lineagespecific conserved noncoding sequences of plant genomes: their possible role in nucleosome positioning. Genome Biol Evol. 6:2527–2542.

植物で,CNS が系統特異的な表現型に関わることを示す.

Polychronopoulos D, Sellis D, Almirantis Y. 2014.
Conserved noncoding elements follow power-law-like distributions in several genomes as a result of genome dynamics. PLoS One 9:e95437.

CNS 間の距離がベキ法則に従う.

Rands CM, Meader S, Ponting CP, Lunter G. 2014.
8.2% of the Human genome is constrained: variation in rates of turnover across functional
element classes in the human lineage. PLoS Genet. 10:e1004525.

ヒトゲノムの 8% が負の淘汰に晒されており,機能的らしいと示唆 (<Saber et al. 2016).

Seridi L, Ryu T, Ravasi T. 2014.
Dynamic epigenetic control of highly conserved noncoding elements. PLoS One 9:e109326.

Babarinde IA, Saitou N. 2013.
Heterogeneous tempo and mode of conserved noncoding sequence evolution among four mammalian orders. Genome Biol Evol. 5:2330–2343.

脊椎動物主要 4 目間で CNS を比較.
 CNS の量は 4 系統間で異なり,霊長類で最も多い.
 ヒトとイヌでは 19% の CNS が異なるゲノム領域に存在.CNS がもし遺伝子制御に関わるなら,CNS の位置変異は 4 目それぞれに特異的な表現型の形成に重要な役割を担うと考察.
 哺乳類系統に特異的な CNS は,CNS の周辺に存在する遺伝子の制御に重要と示唆 (< babarinde and Saitou 2016).
 CNS は遺伝子に対し,常にホモロガスな位置ではないと示唆 (<B&S16). 例えば,ある種では CNS が遺伝子間に存在するが,他の種ではイントロンに存在.

Chen S, Krinsky BH, Long M. 2013.
New genes as drivers of phenotypic evolution. Nat Rev Genet. 14:645–660.

Clarke SL, et al. 2012.
Human developmental enhancers conserved between deuterostomes and protostomes. PLoS Genet. 8:e1002852.

脊椎動物 vs 無脊椎動物間で保持される 2 つの CNS が機能を持つことを実験的に確認 (< H&S16).この CNS は,中枢神経系と後脳に抑制機能を持つ.

Faircloth BC, et al. 2012.
Ultraconserved elements anchor thousands of genetic markers spanning multiple evolutionary timescales. Syst Biol. 61:717–726.

Hiller M, Schaar BT, Bejerano G. 2012.
Hundreds of conserved non-coding genomic regions are independently lost in mammals. Nucleic Acids Res. 40:11463–11476.

Irimia M, Tena JJ, AlexisMS, Fernandez-Mi~nan A,Maeso I, BogdanovicO, de la Calle-Mustienes E, Roy SW, Gomez-Skarmeta JL, Fraser HB. 2012.
Extensive conservation of ancient microsynteny across metazoans due to cis-regulatory constraints. Genome Res. 22:2356–2367.

シンテニーブロック内部での遺伝子の位置が,遺伝子制御に重要と示唆(B&S16).

Kritsas K, et al. 2012.
Computational analysis and characterization of UCElike elements (ULEs) in plant genomes. Genome Res. 22:2455–2466.

CNS が共有する特徴:発達や,特に胚形成期の遺伝子発現制御などに関わる遺伝子の周りにクラスターを形成する (< Saber and Saitou 2017).

Kryukov K, Sumiyama K, Ikeo K, Gojobori T, & Saitou N (2012)
A New Database (GCD) on Genome Composition for Eukaryote and Prokaryote Genome Sequences and Their Initial Analyses. Genome Biol Evol 4(4):501-512

データベース作成.真核生物101 種と原核生物 1000 種のゲノムデータを用いる.20bp 以下の DNA 配列の塩基頻度を種ごとに計算.偏差は,原核生物より真核生物でずっと大きく,動物内では哺乳類が最も大きかった.

Matsunami M, Saitou N. 2013.
Vertebrate paralogous conserved noncoding sequences may be related to gene expressions in brain. Genome Biol Evol. 5:140–150.

シンテニーブロックに対する BLAST 検索によって,脊椎動物のオーソロガス CNS 7924 個,パラロガス CNS 309 個を見出す.VISTA 解析と ChiP-seq データから,このうち 103 パラロガス CNS が脳での遺伝子発現に関与すると示唆.ゲノム上の位置も,脳や神経で発現する遺伝子に近いものが多い.以上の結果から,パラロガス CNS は,脊椎動物の脳で発現する遺伝子を保持するために保存された,と示唆.
 Nakatani et al. (2007) で判定された conserved vetebrate linkage (CVL) 領域を,シンテニーブロックと見なした.オーソログ情報は Ensembl から.ヒトとマウスのオーソロガスブロックを BLAST で比較し (>100bp length, >78% similarity),67052 CNS を判定 (avg 318bp).このうち 7650 CNS が 6 脊椎動物 (イヌ,ウシ,オポッサム,ニワトリ,トカゲ,カエル) で保存されているか検証.CNS 同士で BLAST 解析し,パラロガス CNS を判定.
 脊椎動物 8 種で共有される 7650 CNS データはゲノム上の位置で表示.配列は公開されず (Table S1).
 Genomic regulatory block hypothesis (P146右中): シンテニーブロック間を超えて散らばった CNS が,シンテニーが崩れるのを阻止.この仮説によると,パラロガス CNS がパラロガス・保存シンテニーを保持することになる.本研究ではこれを支持:多くのパラログを含むパラロガス・シンテニーブロックが,多くのパラロガス CNS を含んでいた.このことから,パラロガス CNS は,シンテニーブロックを保持すると考察.
 Lancelet などに比べて脊椎動物で多くの CNS が見られる.これらは,脊椎動物の特徴に貢献したと示唆 (P149左上).
 2R WGS の進化的な歴史と影響の解析を目指す.
Sequence/Alignment: ヒト vs マウス CVS のゲノム位置のみ表示.配列はない (Table S1,).

Takahashi M, Saitou N. 2012.
Identification and characterization of lineage-specific highly conserved noncoding sequences in Mammalian genomes. Genome Biol Evol 4:641-657.

哺乳類の系統特異的な CNS を調査.CNS 周辺にあるタンパク質コーディング遺伝子は,GO 解析によると,神経システムに含まれることがしばしばあった.
 哺乳類系統に特異的な CNS は,CNS の周辺に存在する遺伝子の制御に重要と示唆 (< babarinde and Saitou 2016).

Volter CJ, Call J. 2012.
Problem solving in great apes (Pan paniscus, Pan troglodytes, Gorilla gorilla, and Pongo abelii): the effect of visual feedback. Anim Cogn. 15:923–936.

ヒト上科の特徴:高度な脳機能 (< Saber and Saitou 2017).

Janes DE, et al. 2011.
Reptiles and mammals have differentially retained long conserved noncoding sequences from the amniote ancestor. Genome Biol Evol. 3:102–113.

Lee AP, Kerk SY, Tan YY, Brenner S, Venkatesh B. 2011.
Ancient vertebrate conserved noncoding elements have been evolving rapidly in teleost fishes. Mol Biol Evol. 28:1205–1215.

脊椎動物の祖先的 CNS が機能を持つことを実験的に示す (< H&S16).

Sumiyama K, Saitou N. 2011.
Loss-of-function mutation in a repressor module of human-specifically activated enhancer HACNS1. Mol Biol Evol. 28:3005–3007.

Bai L, Morozov AV. 2010.
Gene regulation by nucleosome positioning. Trends Genet. 26:476–483.

調節配列は,ヌクレオソームを形成しにくい (< Saber et al. 16).

Chan YF, et al. 2010.
Adaptive evolution of pelvic reduction in sticklebacks by recurrent deletion of a Pitx1 enhancer. Science 327:302–305.

多能性 Pitx1 遺伝子を制御する転写エンハンサーを含む CNS の欠失が,主要な表現型変化を導くことを,イトヨで示す (< Saber et al. 2016).

Kaplan N, et al. 2010.
Nucleosome sequence preferences influence in vivo nucleosome organization. Nat. Struct. Mol. Biol. 17:918–920.

ヌクレオソーム存在確率を推定する計算モデル.
http://genie.weizmann.ac.il/software/nucleo_prediction.html.

Matsunami M, Sumiyama K, Saitou N. 2010.
Evolution of conserved non-coding sequences within the vertebrate Hox clusters through the two-round whole genome duplications revealed by phylogenetic footprinting analysis. Journal of Molecular Evolution 71:427-436.

脊椎動物 Hox クラスターで 203 CNS を判定し,これらが cis-調節因子の候補配列と指摘.Hox クラスター内部のオーソロガス CNS,さらには,オーノロガス CNS を判定.
 UCSC の脊椎動物 18 種ゲノムアライメントから Hox clusters を得る.CNS は保存の深さを見るために,3 種類 (有胎盤類,羊膜類,脊椎動物) にカテゴリー分け.
 BLAST: Default, cutt off scores of >200.

Zhang YE, Vibranovski MD, Landback P, Marais GA, Long M. 2010.
Chromosomal redistribution of male-biased genes in mammalian evolution with two bursts of gene gain on the X chromosome. PLoS Biol. 8:e1000494.

脊椎動物の進化比較から,ヒト科の進化で新しい遺伝子の創出が加速したと指摘 (< Saber et al. 2016).

Benko S, et al. 2009.
Highly conserved non-coding elements on either side of SOX9 associated with Pierre Robin sequence. Nat Genet. 41:359–364.

CNS が共有する特徴:発達や,特に胚形成期の遺伝子発現制御などに関わる遺伝子の周りにクラスターを形成する (< Saber and Saitou 2017).

Elgar G. 2009.
Pan-vertebrate conserved non-coding sequences associated with developmental regulation. Brief Funct Genomic Proteomic 8:256-265.

総説.

Hufton AL, et al. 2009.
Deeply conserved chordate noncoding sequences preserve genome synteny but not drive gene duplication retention. Genome Res. 19:2036–2051.

Marques-Bonet T, et al. 2009.
A burst of segmental duplications in the genome of the African great ape ancestor. Nature 457:877–881.

霊長類,特にヒト-アフリカ類人猿の共通祖先につながる系統で,遺伝子重複イベントが多数生じたと指摘 (< Saber et al. 2016, P2077右上).

Visel A, Rubin EM, Pennacchio LA. 2009.
Genomic views of distant-acting enhancers. Nature 461:199–205.

CNS はヒトの病気と関連 (< Saber et al. 2016).

Blekhman R, Oshlack A, Chabot AE, Smyth GK, Gilad Y. 2008.
Gene regulation in primates evolves under tissue-specific selection pressures. PLoS Genet. 4:e1000271.

分類群特異的な遺伝子が,環境変化への適応に

Crompton RH, Vereecke EE, Thorpe SK. 2008.
Locomotion and posture from the common hominoid ancestor to fully modern hominins, with special reference to the last common panin/hominin ancestor. J Anat. 212:501–543.

ヒト上科の特徴:構造的な表現型 (< Saber and Saitou 2017).

Kosiol C, et al. 2008.
Patterns of positive selection in six mammalian genomes. PLoS Genet. 4:e1000144.

ヒト-チンパンジー共通祖先および狭鼻類 (Catarrhini) で生じた生の自然淘汰を,それぞれ, 7 と 21 遺伝子から検出.

Pascual-Anaya J, D’Aniello S, Garcia-Ferna`ndez J (2008)
Unexpected number of conserved noncoding regions within the ancestral chordate Hox cluster. Dev Genes Evol 218:591–597.

ナメクジウオ vs ヒトで Hox クラスタ内部の CNS を報告.

Dostie J, Dekker J. 2007.
Mapping networks of physical interactions between genomic elements using 5C technology. Nat Protoc. 2:988–1002.

染色体間で DNA 相互作用を示す.このことは,制御因子とターゲット遺伝子が異なる染色体にあることを示唆 (B&S16).

Kikuta H, Fredman D, Rinkwitz S, Lenhard B, Becker TS. 2007.
Retroviral enhancer detection insertions in zebrafish combined with comparative genomics reveal genomic regulatory blocks—a fundamental feature of vertebrate genomes. Genome Biol. 8(1 Suppl):S4.

Mikkelsen TS, et al. 2007.
Genome of the marsupial Monodelphis domestica reveals innovation in non-coding sequences. Nature 447:167–177.

Nakatani Y, Takeda H, Kohara Y, & Morishita S (2007) 
Reconstruction of the vertebrate ancestral genome reveals dynamic genome reorganization in early vertebrates. Genome Res. 17(9):1254-1265. 

重要.力作.魚類を中心とした脊椎動物祖先種での染色体構造を推定. ヒト・タンパク質遺伝子の 20-30% は,1R/2R まで起源をさかのぼることができると示唆 (Makino and McLysaght, 2010).
 メダカゲノムと比較し,ヒトゲノムに 118 conserved vertebrate linkage (CVL) 領域を判定.
 オーノログ判定は BLAST 解析による (Supple. P1).

Vavouri T,Walter K, GilksWR, Lehner B, Elgar G. 2007.
Parallel evolution of conserved non-coding elements that target a common set of developmental regulatory genes fromworms to humans. Genome Biol. 8:R15.

フグ,ヒト,C.elegans,ハエゲノムで,CNS に接した領域で AT 含量の低下を報告.

Visel A, Minovitsky S, Dubchak I, Pennacchio LA. 2007.
VISTA Enhancer Browser-a database of tissue-specific human enhancers. Nucleic Acids Res. 35:D88–D92.

対象とする遺伝子の近傍配列から得た保存的領域から調節領域の候補を探し,実験的に制御に関わるか検証 (< Babarinde and Saitou, 2014).

Woolfe A, et al. 2007.
CONDOR: a database resource of developmentally-associated conserved non-coding elements. BMC Dev Biol. 7: 100.

データベース CONDOR (COnserved Non-coDing Orthologous Regions).脊椎動物で保存された 688 CNS を公開.ヒトとフグの間で >40bp lengt, 65% identity.Matsunami and Saitou (2013) は制約が厳しすぎるとする.

McEwen GK, et al. 2006.
Ancient duplicated conserved noncoding elements in vertebrates: a genomic and functional analysis. Genome Res. 16:451–465.

パラロガス染色体領域に限定した region-focused BLAST 検索ではなく,全ゲノム配列のMegaBLAST 検索によってパラロガス CNS を検索 (<M&S13).

Pennacchio LA, et al. 2006.
In vivo enhancer analysis of human conserved non-coding sequences. Nature 444:499–502.

Sabeti PC, et al. 2006.
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ヒト科特有にみられる強い正の自然淘汰を,宿主病原体相互作用,免疫反応, 生殖 (特に精子形成),知覚に含まれる遺伝子で検出 (< Saber et al. 2016).

Woolfe A, Goodson M, Goode DK, Snell P, McEwen GK, Vavouri T, Smith SF, North P, Callaway H, Kelly K, et al. 2005.
Highly conserved non-coding sequences are associated with vertebrate development. PLoS Biol. 3:e7.

Bejerano G, Pheasant M, Makunin I, Stephen S, Kent WJ, Mattick JS, Haussler D. 2004.
Ultraconserved elements in the human genome. Science 304:1321–1325.

ヒト,ネズミ,ラットのゲノムを比較し,483 個以上の CNS (200bp 以上,3 種で 100% identity 共有) を発見.Matsunami and Saitou (2012) は基準が厳しいとする.
 Ultraconserved elements と呼ぶ.
 パラロガス染色体領域に限定せず,全ゲノム配列のMegaBLAST 検索によってパラロガス CNS を検索 (<M&S13).

Lettice LA, Heaney SJ, Purdie LA, Li L, de Beer P, Oostra BA, Goode D, Elgar G, Hill RE, de Graaff E. 2003.
A long-range Shh enhancer regulates expression in the developing limb and fin and is associated with preaxial polydactyly. Hum Mol Genet. 12:1725–1735.

調節領域と遺伝子が遠くにある例 (< B&S16).

Sumiyama K, Ruddle FH. 2003.
Regulation of Dlx3 gene expression in visceral arches by evolutionarily conserved enhancer elements. Proc Natl Acad Sci U S A. 100:4030–4034.

対象とする遺伝子の近傍配列から得た保存的領域から調節領域の候補を探し,実験的に制御に関わるか検証 (< Babarinde and Saitou, 2014).

Sumiyama K, Irvine SQ, Stock DW, Weiss KM, Kawasaki K, Shimizu N, Shashikant CS, Miller W, Ruddle FH. 2002.
Genomic structure and functional control of the Dlx3-7 bigene cluster. Proc Natl Acad Sci U S A. 99:780–785.

ある種の CNS は最も近くにある遺伝子の制御に関わることを実験的に示す (< Babarinde and Saitou, 2016).

Carroll SB. 2000.
Endless forms: the evolution of gene regulation and morphological diversity. Cell 101:577–580.


人類の進化
霊長類
サル目とも呼ばれる.キツネザル類,オナガザル類、類人猿,ヒトなどによって構成され,約220種が現生する (Wikipedia).

Jinam TA, Phipps ME, Aghakhanian F, Majumder PP, Datar F, Stoneking M, Sawai H, Nishida N, Tokunaga K, Kawamura S, et al. 2017.
Discerning the Origins of the Negritos, First Sundaland People: Deep Divergence and Archaic Admixture. Genome Biol Evol 9:2013-2022.

スンダランド最初の人類・ネグリト人の起源を識別.フィリピン・ネグリト人 150 個体のゲノムワードにSNP データを解読し,既存の他集団データと比較.系統解析は,ネグリト人は東,東南アジア集団より分岐が古く,少なくとも 3 万 8 千年前に西ユーラシア人から分岐したことを示した.フィリピン・ネグリト人にはデニソア人との交雑の痕跡が比較的多く観察されたが,マレーシアとアンダマンにはすくない.
 表現型の類似からネグリト人はピグミー人と近縁とする説もあったが,分子データから東南アジア集団に近縁であることが確かめられている.

Saitou, N. and Jinam, T. A. (2017).
Language diversity of the Japanese Archipelago and its relationship with human DNA diversity. Man in India 95, 205-228.

Saitou N.,  Jinam T. A., Kanzawa-Kiriyama H., and Tokunaga k. (2017)
Initial movements of modern humans in East Eurasia.  In Piper P.J.,  Matsumura H., and Bulbeck D. (eds.), "New Perspectives in Southeast Asian and Pacific Prehistory" pp. 44-50.

総説.遺伝データを用いて,東ユーラシアにおける最初の現代人類がどのように,移動したかを,以下のトピックに関連しながら推定.
(1) オーストラリアと近隣島からなるサフールに居住する人々の確立.
(2) 東南アジア地域へ最初に分散した人びとの残存者としてのネグリト人.
(3) 日本列島への移動した古代人の子孫. ミトコンドリ DNA ハプロタイプの解析 (Kanazawa-Kiriyama et al. 2013) から,東北と北海道の縄文人は近縁で,関東の縄文人は遠縁.シベリアの Udegey 人は前者に近い.核 DNA の解析 (Kanazawa-Kiriyama et al. 2017) から,現代人は縄文人のDNA を受け受け継ぐことを示唆.この結果は,二重構造モデル (埴原, 1991) を裏ずける.

Kanzawa-Kiriyama H., Kryukov K., Jinam T. A., Hosomichi K., Saso A., Suwa G., Ueda S., Yoneda M., Tajima A., Shinoda K., Inoue I., and Saitou N. (2016)
A partial nuclear genome of the Jomons who lived 3000 years ago in Fukushima, Japan. Journal of Human Genetics.

三貫地貝塚から出土した縄文人・男女 2 人(3000 年前) の核ゲノム部分解読.縄文人と大陸集団の遺伝子流動イベントは観察されず.現代人には20% 縄文人のゲノムが保持されることを指摘. 現在の本州日本人は,縄文人とそのとの渡来人との混合からなることを強く支持.

Kitano T, Kim CG, Blancher A, Saitou N. 2016.
No Distinction of Orthology/Paralogy between Human and Chimpanzee Rh Blood Group Genes. Genome Biol Evol 8:519-527.

チンパンジー Rh 遺伝子のゲノム構造を決定しヒトと比較.チンパンジー BAC クローンを作成. 並んでいる遺伝子間での極度に類似した配列は,頻繁に生じた遺伝子変換によると指摘.このため,ヒトとチンパンジー間では, Rh 血液グループ遺伝子でオーソログ・パラログ分岐の議論が成り立たないとする.

Nakagome S, Alkorta-Aranburu G, Amato R, Howie B, Peter BM, Hudson RR, Di Rienzo A. 2016.
Estimating the Ages of Selection Signals from Different Epochs in Human History. Molecular Biology and Evolution 33:657-669.

Jinam T. A., Kanzawa-Kiriyama H., Inoue I., Tokunaga K., Omoto K., and Saitou N. (2015)
Unique characteristics of the Ainu population in northern Japan. Journal of Human Genetics, vol. 60, no. 10, pp. 565–571.

土着縄文系と渡来弥生人系の 2 集団が混血を開始した時期と両者の割合を推定 (Fig.3).ヤマト人は,今から 55-58世代前に混血が開始.これは西暦3-7世紀,古墳時代から飛鳥時代に当たる.14-20% の割合で縄文人ゲノムが伝わる.

Jinam T. A., Kanzawa-Kiriyama H., and Saitou N. (2015) 
Human genetic diversity in the Japanese Archipelago: dual structure and beyond. Genes and Genetic Systems, vol. 90, no. 3, pp. 147–152.

総説.

Jinam T. A., Kanzawa-Kiriyama H., and Saitou N. (2015)
Human genetic diversity in the Japanese Archipelago: dual structure and beyond. Genes and Genetic Systems, vol. 90, no. 3, pp. 147–152.

Nakagome S, Sato T, Ishida H, Hanihara T, Yamaguchi T, Kimura R, Mano S, Oota H, Asian DNARC. 2015.
Model-based verification of hypotheses on the origin of modern Japanese revisited by Bayesian inference based on genome-wide SNP data. Molecular Biology and Evolution 32:1533-1543.

縄文人の直接の子孫とされるアイヌ人から得られたゲノムワイド SNP データを解析.ヤマト人の起源について,縄文人が変換した (変形説),縄文人と弥生人が入れ替わった (置換説),両者が交配した (混血説),という 3 モデルを比較.ヤマト人には縄文人の DNA が 22-53% 存在と推定.

Osada N. 2015.
Genetic diversity in humans and non-human primates and its evolutionary consequences. Genes & Genetic Systems 90:133-145.

総説.ゲノム SNP データに基づく,ヒトを中心とした霊長類各種の遺伝的多様性.遺伝的多様性は,脊椎動物でもヒトが最も小さい系統として知られるが,より小さい種も存在.種間で 10 倍相当の違いがある.遺伝的多様性の大きさは,繁殖力や体サイズとの相関はなさそう.塩基多様度 (π) を霊長類の系統樹にマッピング (Fig. 1).

Pozzi L, Hodgson JA, Burrell AS, Sterner KN, Raaum RL, Disotell TR. 2014.
Primate phylogenetic relationships and divergence dates inferred from complete mitochondrial genomes. Mol Phylogenet Evol 75:165–183.

霊長類の時間軸付き系統樹.霊長類の全科を網羅する 62 種のミトコンドリアゲノム解析.霊長類根幹,Strepsirrhine/Haplorhine の分岐 (74 Mya) は,ネズミ目/ウサギ目との分岐後すぐに生じたと指摘. 各分岐の推定年代を数字として表示 (Table 6).
 ヒヨケザル (Dermoptera, colugos) が他の霊長類の姉妹群に位置 (Fig. 1).形態や核遺伝子解析からはヒヨケザルは霊長類の姉妹群とされていたが,以前の mtGenome 解析 (Arnason et al. 2008) ではCatarrhini の姉妹群になっていた (P175左下,右中).

Saitou N. (2014)
Homo sapiens under neutral evolution. Genes and Environment, vol. 36, no. 3 pp. 99–102

総説.

Finstermeier, K., Zinner, D., Brameier, M., Meyer, M., Kreuz, E., Hofreiter, M., Roos, C.,
2013.
A mitogenomic phylogeny of living primates. PLoS One 8 (7), e69504.

Jinam T. A., Phipps, M. E., Saitou N., and the HUGO Pan-Asian Consortium (2013)
Admixture patterns and genetic differentiation in Negrito groups from West Malaysia estimated from genome-wide SNP data. Human Biology, vol. 85, pp. 173-188.

Kanzawa-Kiriyama H., Saso A., Suwa G., and Saitou N. (2013)
Ancient mitochondrial DNA sequences of Jomon teeth samples from Sanganji, Tohoku district, japan. Anthropological Science, vol. 121, no. 2, pp. 89-103.

縄文人のゲノム DNA 配列を解読.

Japanese Archipelago Human Population Genetics Consortium [Jinam T. A.,... Saitou N.] (2012)
The history of human populations in the Japanese Archipelago inferred from genome-wide SNP data with a special reference to the Ainu and the Ryukyuan populations. Journal of Human Genetics, vol. 57, pp. 787-795.

アイヌ人,琉球人を含む日本列島人のゲノム規模SNPデータの解析.ベルツの「アイヌ琉球同系説」を証明.SNPs 100 万サイトを解析.
 日本列島を含む東アジア 30 集団以上について主成分分析を行い (Fig.3b),韓国人がヤマト人に近いことを示唆.
 集団を単位とした最尤樹 (Fig4b) では,アジア 9 人類集団のうちアイヌ人とオキナワ人の 2 集団が 100% の BP 値で姉妹群となり,ベルツの説を支持.これに繋がるヤマト人は外部枝がない.このことは,ヤマト人が縄文人の要素 (アイヌ人+オキナワ人) と大陸系の人々の要素の混血集団であることを示唆. 韓国人,ヤマト人,オキナワ人,アイヌ人クレードも 100% の BP 値でクレードを形成.

Jinam T. A., Hong L.-C., Phipps M. A., Stoneking M., Ameen M., Edo J., Pan-Asian SNP Consortium, and Saitou N. (2012)
Evolutionary history of continental South East Asians: “early train” hypothesis based on genetic analysis of mitochondrial and autosomal DNA data. Molecular Biology and Evolution, vol. 29, pp. 3513-3527.

マレーシア人集団の解析.4 集団 84 個体のミトコンドリアゲノムデータを解読.既存のゲノム規模SNPデータの PCA 解析から,ネグリト人集団と,あるタイーマレーシア非ネグリト集団が他から明瞭に分離すると指摘.半島ネグリト集団に近いこの集団はパプア人に近かった.

Kitano T., Blancher A., and Saitou N. (2012)
The functional A allele was resurrected via recombination in the human ABO blood group gene. Molecular Biology and Evolution, vol. 29, pp. 1791-1796.

Arnason, U., Adegoke, J.A., Gullberg, A., Harley, E.H., Janke, A., Kullberg, M., 2008.
Mitogenomic relationships of placental mammals and molecular estimates of their divergences. Gene 421, 37–51.

Tanaka M, Cabrera VM, Gonzalez AM, Larruga JM, Takeyasu T, Fuku N, Guo LJ, Hirose R, Fujita Y, Kurata M, et al. 2004.
Mitochondrial genome variation in eastern Asia and the peopling of Japan. Genome Research 14:1832-1850.

東アジアと日本におけるヒトのミトコンドリアゲノム集団解析.672 日本人のミトコンドリアゲノム全長配列を解読.日本人は韓国人に近縁.弥生時代以降に遺伝子移入があったとする従来の仮説を支持.
 データベースとして公開 (GiiB).

Tanaka M, Takeyasu T, Fuku N, Li-Jun G, Kurata M. 2004.
Mitochondrial genome single nucleotide polymorphisms and their phenotypes in the Japanese. Annals of the New York Academy of Sciences 1011:7–20.

データベース (GiiB) の作成.