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ヨーロッパのブラックキャップ移動の進化史とゲノミクス
The evolutionary history and genomics of European blackcap migration.
PMID: 32312383 PMCID: PMC7173969. DOI: 10.7554/eLife.54462.
抄録
季節的な移動は、多くの形質に統合された分類学的に広範な行動である。ヨーロッパのブラックキャップは移動に膨大なバリエーションを示しており、その進化と遺伝的基盤に関する研究が盛んに行われている。我々は、ブラックキャップのリファレンスゲノムを構築し、その繁殖範囲内の個体から全ゲノム再配列データを取得した。個体群構造と人口動態の解析から、3万年前から発散が始まっていたことが示唆され、5000年前から渡り鳥と大陸に住む鳥の間で混交が起こっていたことが明らかになった。移動の傾向、向き、移動の距離はすべて、他の種の結果と重複しない少数のゲノム領域にマップされており、移動には複数のバリエーションを生み出す方法があることを示唆している。強く関連する一塩基多型（SNP）は、移動症候群の主要な調節因子として機能する可能性のある候補遺伝子の調節領域に位置していた。また、共有された変異に基づく選択の証拠が文書化され、急速な変化が進化するメカニズムが示された。
Seasonal migration is a taxonomically widespread behaviour that integrates across many traits. The European blackcap exhibits enormous variation in migration and is renowned for research on its evolution and genetic basis. We assembled a reference genome for blackcaps and obtained whole genome resequencing data from individuals across its breeding range. Analyses of population structure and demography suggested divergence began ~30,000 ya, with evidence for one admixture event between migrant and resident continent birds ~5000 ya. The propensity to migrate, orientation and distance of migration all map to a small number of genomic regions that do not overlap with results from other species, suggesting that there are multiple ways to generate variation in migration. Strongly associated single nucleotide polymorphisms (SNPs) were located in regulatory regions of candidate genes that may serve as major regulators of the migratory syndrome. Evidence for selection on shared variation was documented, providing a mechanism by which rapid changes may evolve.
毎年季節が変わると、何千もの動物が食料やより良い気候を求めて長距離を移動する。移動に関しては、小さな渡り鳥の大洋横断飛行ほど印象的なものはないかもしれません。これらの鳥は、重さが3グラムほどの小さな鳥で、15,000キロもの距離を移動することができます。ほとんどの渡り鳥は単独で夜間に移動しますが、それでも毎年同じ場所に戻ってくることができます。いくつかの研究では、彼らの移動行動には遺伝的根拠がある可能性が示唆されていますが、どの遺伝子がこの現象をコントロールしているのかについては、まだ十分に理解されていません。何十年にもわたって研究されてきた小さな小鳥の一つに、ヨーロッパブラックキャップがあります。この種は本当に多様な移動パターンを示しています。短い距離を移動するものもあれば、はるかに遠くまで移動するものもあり、全く移動しない個体もいます。夏には同じ繁殖地を共有していた個体群が秋には異なる方向に移動することもある。このような特徴から、異なる方向や距離を移動する個体群間の遺伝的変異を研究するのに適した種である。しかし、近年になって技術の進歩により、動物の全ゲノムを網羅的に調べることが可能になり、遺伝子を残さずに調べることができるようになってきました。現在、デルモアらは、ハイスループットシーケンス技術を使用して、ヨーロッパのブラックキャップの移動の進化の歴史を追跡し、種のための参照ゲノムを組み立てることから始めました。次に、毎年異なる移動を行ういくつかの個体群のブラックキャップ110頭のゲノムを参照ゲノムと比較した。その結果、個体群は約3万年前に発散し始め、5000年前頃には移動するブラックキャットと居住するブラックキャットの間で遺伝子の混合が見られたことが明らかになった。解析の結果、移動の違いをコードする遺伝子のセットはわずかであることが示された。さらに、候補となる遺伝子はブラックキャップの間で共通していることが示されたが、特定された遺伝子は他の渡り鳥の研究で報告されたものとは一致しなかった。最後に、Delmoreらはまた、個体群間の違いは、ある遺伝子がオンになるかオフになるかを制御するゲノムの部分にある傾向があり、これは新しい移動行動がどのようにして急速に進化するかを説明することができると指摘している。この研究は、これまでに行われた移動のゲノム解析の中で最も包括的なものの一つである。この研究は、他の動物と同様に、歌鳥が環境や気候変動による圧力の増大に対応していることを考えると、重要な研究である。将来的には、遺伝学的解析により、特定の個体群が生息地の変化に対応するのに十分な変異を持っているかどうかを判断できるようになるため、本研究の成果は保全活動を支援するために利用される可能性がある。
Every year as the seasons change, thousands of animals migrate huge distances in search of food or better climates. As far as migrations go, there might be none so impressive as the trans-oceanic flights made by small migrating songbirds. These birds can weigh as little as three grams and travel up to 15,000 kilometres. Most migrate alone and at night and yet still manage to return to the same location each year. Several strands of research suggest there could be a genetic basis to their migratory behaviour, but exactly which genes control this phenomenon remains poorly understood. One small songbird that has been studied for decades is the European blackcap. This species exhibits a real variety of migration patterns. Some blackcaps travel rather short distances, others much further, and some populations do not migrate at all. Populations that share the same breeding grounds in the summer may migrate in different directions in the autumn. These features make it a good species to study the genetic variation between populations that migrate in different directions and over different distances. However, only in recent years has advancing technology made it possible to comprehensively study an animal’s entire genome, leaving no gene unturned. Now, Delmore et al. have used high-throughput sequencing technologies to trace the evolutionary history of migration in European blackcap and started by assembling a reference genome for the species. Then, the genomes of 110 blackcaps from several populations that take different annual migrations were compared to the reference. This revealed that the populations began to diverge some 30,000 years ago and that there was some apparent gene mixing between groups of migrating and resident blackcaps around 5,000 years ago. The analysis showed only a small set of genes code for their differences in migration. Additionally, while the candidate genes were shown to be common among blackcaps, the genes identified did not match those reported from studies of other migrating songbirds. Finally, Delmore et al. also noted that the differences between the populations tend to be in the parts of the genome that control whether a given gene is switched on or off, which could explain how new migratory behaviours can rapidly evolve. This study is one of the most comprehensive genomic analysis of migration to date. It is important work as songbirds, like other animals, are responding to increasing pressures of environmental and climate change. In time, the findings could be used to support conservation efforts whereby genetic analyses could determine if certain populations possess enough variation to respond to coming changes in their habitats.
© 2020, Delmore et al.