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ゲノムサイズは真核生物の藻類Dunaliella tertiolectaのフィットネスに影響を与えます
Genome Size Affects Fitness in the Eukaryotic Alga Dunaliella tertiolecta.
PMID: 32679103 DOI: 10.1016/j.cub.2020.06.033.
抄録
ゲノムサイズは、種間の形態学、生態学、進化と密接に結びついており [1-5]、最もよく知られているパターンの一つは、細胞サイズとゲノムサイズの関係である [6, 7]。利己的DNA仮説」などの古典的な理論では、冗長なDNAを蓄積することにはフィットネスコストがかかるが、より大きな細胞はより大きなゲノムを許容できるため、細胞サイズとゲノムサイズの間には正の関係があるとしている[8, 9]。しかし、相対的に大きなゲノムに関連したフィットネスコストの証拠はまだ状況証拠として残っている。本研究では、真核生物の植物プランクトンにおける72の独立した系統について、ゲノムサイズ、細胞サイズ、エネルギーフラックス、フィットネスの関係を推定した。その結果、ゲノムサイズが比較的小さい系統の方が、最大成長率と総生物量の両方で高いフィットネスを示したが、逆説的には、ゲノムサイズが比較的大きい系統よりもエネルギーフラックスが低いことがわかった。次に、100世代にわたるゲノムサイズの絶対値と細胞サイズが10倍に変化した場合の進化の軌跡を調べた。その結果、ゲノムサイズが絶対的に大きい系統ではゲノムサイズが11％減少したが、絶対的に小さい系統ではほとんど進化が見られなかったことから、ゲノムサイズの絶対的な限界が低いことが示唆された。我々の結果は、自然界における細胞サイズとゲノムサイズの間の正の関係は、一方では冗長なDNAを最小化し、理論が予測するような性能を最大化する一方で、必要最低限の機能を維持するための相反する進化の圧力の産物である可能性を示唆している。ビデオ概要。
Genome size is tightly coupled to morphology, ecology, and evolution among species [1-5], with one of the best-known patterns being the relationship between cell size and genome size [6, 7]. Classic theories, such as the "selfish DNA hypothesis," posit that accumulating redundant DNA has fitness costs but that larger cells can tolerate larger genomes, leading to a positive relationship between cell size and genome size [8, 9]. Yet the evidence for fitness costs associated with relatively larger genomes remains circumstantial. Here, we estimated the relationships between genome size, cell size, energy fluxes, and fitness across 72 independent lineages in a eukaryotic phytoplankton. Lineages with relatively smaller genomes had higher fitness, in terms of both maximum growth rate and total biovolume reached at carrying capacity, but paradoxically, they also had lower energy fluxes than lineages with relative larger genomes. We then explored the evolutionary trajectories of absolute genome size over 100 generations and across a 10-fold change in cell size. Despite consistent directional selection across all lineages, genome size decreased by 11% in lineages with absolutely larger genomes but showed little evolution in lineages with absolutely smaller genomes, implying a lower absolute limit in genome size. Our results suggest that the positive relationship between cell size and genome size in nature may be the product of conflicting evolutionary pressures, on the one hand, to minimize redundant DNA and maximize performance-as theory predicts-but also to maintain a minimum level of essential function. VIDEO ABSTRACT.
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