GLADE: Accurate inference of Gains, Losses, Ancestral genomes, and Duplication Events for comparative genomics

地球上の生命の歴史を、巨大で広大な家族の系図だと想像してみてください。何百万年もの歳月をかけて、この系図のさまざまな枝（種）は、自分たちの「道具箱」である遺伝子を絶えず組み替えてきました。新しい道具を手に入れたり（獲得）、古い道具を捨てたり（喪失）、あるいは新しい目的のために道具のコピーを作ったり（重複）しながらです。

科学者たちは、種がいかにして環境に適応してきたかを理解するために、これらの変化がいつ、どこで起こったのかを正確にマッピングしたいと考えてきました。しかし、現代のさまざまな種が持つ乱雑な道具箱を見ることは、孫たちのガレージに散らばっている道具だけを見て、曾祖父の作業場がどのようなものだったかを推測しようとするようなものです。何が元々あり、何が後から追加されたり失われたりしたのかを判別するのは、非常に困難なことです。

そこで登場するのが、GLADEです。

GLADEを、家系調査を専門とする高性能でタイムトラベルができる探偵だと考えてください。その役割は、標準的な遺伝関係のリスト（具体的には、OrthoFinderと呼ばれる人気ツールの出力結果）を受け取り、家系図全体におけるすべての「道具箱」（オーソロググループ）の全履歴を再構築することです。

その仕組みは、簡単に言えば以下の通りです：

• 入力： あなたは、似たもの同士の遺伝子をグループ化したデータが入ったフォルダをGLADEに渡します。特別なものは必要ありません。単に、誰と誰が親戚関係にあるかを示す標準的な地図があればよいのです。
• プロセス： GLADEは家系図の枝を見ながら、「この種は新しい道具を手に入れたのか？ 古い道具を失ったのか？ あるいは予備を作るために道具をコピーしたのか？」と問いかけます。これはすべての枝に対して行われ、時計の針を巻き戻すようにして、あらゆる分岐点における「作業場」（ゲノム）を再構築していきます。
• 出力： GLADEは、枝ごとの完全な履歴を提示します。祖先が分かれる前に何を持っていたのか、そして特定の遺伝子がいつ獲得または喪失されたのかを正確に知ることができます。

なぜこれが画期的なのでしょうか？

著者らは、実世界のデータとコンピュータ・シミュレーションの両方を用いて、GLADEを他の手法と比較検証しました。その結果、GLADEは現在利用可能な他のどのツールよりも「解像度の高い眼鏡」であることが分かりました。GLADEは、獲得、喪失、および重複を極めて高い精度で特定します。つまり、祖先がどのような姿であったかを推測する際のミスが非常に少ないのです。

論文からの実例

その実力を示すために、研究者らは78種の哺乳類を用いてGLADEの検証を行いました。彼らは特に、アリやシロアリを食べる動物（アリクイやゾウアリクイなど）に注目しました。

遺伝子の履歴を辿ることで、GLADEは驚くべきパターンを明らかにしました。これら特定の食肉哺乳類へと続く枝において、歯の形成に関連する遺伝子が繰り返し「捨てられていた」（喪失していた）のです。これは異なる系統において独立して起こっていました。まるで自然界が、「アリを食べるのに歯はもう必要ない」と判断し、歯の設計図を何度も削除したかのようです。これにより、彼らの独特な食性に潜む、隠された収斂的なゲノムのシグネチャー（共通の遺伝的戦略）が明らかになりました。

要するに、GLADEは進化の歴史の細部を読み解くための、極めて正確な新しいツールです。種が生き残り、繁栄するために、どのように遺伝的な道具を獲得し、失い、そしてコピーしてきたのかを私たちに示してくれるのです。このツールとその使い方は、誰でも自由に利用できるように公開されています。