染色体逆位

逆位とは、染色体の一部が元の位置で反転する染色体再編成のことである。逆位は、染色体が同じ染色体腕内で2回切断され、2つの切断間の部分が同じ染色体腕内で反対方向に挿入されるときに発生する。逆位の切断点は反復ヌクレオチド領域で発生することが多く、その領域は他の逆位で再利用されることがある。^{[ 1 ]}逆位における染色体セグメントは、1キロベースという小さなものから100メガベースという大きなものまである。^{[ 2 ]}逆位によって取り込まれる遺伝子の数は、数個から数百個に及ぶ。^{[ 3 ]}逆位は、反復配列間の異所性組換え、または染色体切断とその後の非相同末端結合によって発生する。^{[ 4 ]}

逆位には、傍中心逆位と周辺中心 逆位の2種類がある。傍中心逆位はセントロメアを含まず、両方の切断点が染色体の片腕に存在する。周辺逆位はセントロメアをまたぎ、各腕に切断点が存在する^{[ 5 ]}。

逆位は、DNAの過剰や欠落がなく、バランスのとれた再配列であれば、通常は保因者に異常を引き起こしません。しかし、逆位に関してヘテロ接合体である個体では、異常な染色分体の生成が増加します（これは、逆位の範囲内で交叉が起こる場合に発生します）。その結果、不均衡な配偶子が生成されるため、生殖能力が低下します。逆位は遺伝情報の喪失や増加を伴うものではなく、単に線状のDNA配列を再配列するものです。

細胞遺伝学的技術によって逆位を検出できる場合もあれば、遺伝子解析から逆位を推測できる場合もある。逆位の検出に使用される技術には、 核型分析、Gバンド法、蛍光in situハイブリダイゼーションなどがある。しかし、ほとんどの種では、小さな逆位は検出されない。最近では、比較ゲノミクスがゲノムマッピングによって染色体逆位の検出に使用されている。^{[ 6 ] [ 7 ]}集団ゲノミクスも、連鎖不平衡の高い領域を逆位部位の指標として使用して、逆位の検出に使用できる。連鎖不平衡とは、異なる遺伝子座における対立遺伝子の非ランダムな関連を指す。対立遺伝子の組み合わせがランダムな組み合わせで予想されるよりも頻繁に発生する場合、その遺伝子座は連鎖不平衡にあると言われる。染色体逆位を含む領域では、抑制された組換えによって連鎖不平衡が生じる可能性がある。逆位の保因者である可能性のある人間の家族には、遺伝カウンセリングと遺伝子検査が提供される場合があります。^{[ 8 ]}

染色体逆位の最初の証拠は、1921年にアルフレッド・スターテバントによってショウジョウバエで発見された。^{[ 9 ]}それ以来、逆位はすべての真核生物で発見されている。^{[ 3 ]}スターテバントによって発見されたとき、逆位は組換え抑制領域と見なされていた。

元々、これらの逆位は、ヘテロ接合型のショウジョウバエ幼虫の唾液腺内の多糸染色体で観察された。 ^{[ 3 ]} 1970年、テオドシウス・ドブジャンスキーは、逆位内の遺伝子は逆位外の遺伝子よりも適応度が高いことを指摘したが、これはさらなる研究が必要な分野である。^{[ 10 ]}

逆位に関する最近のモデルの一つに、カークパトリックとバートンによるモデル（2006年）がある。このモデルでは、逆位は適応的な対立遺伝子を連結することで選択的に有利になるとされている。複数の遺伝子における共適応変異を物理的に連結して逆位の異なるバージョン（ハプロタイプ）を形成することで、選択はこれらの変異を集団内で高頻度に誘導するのに、より効率的になるはずである。これは、適応的および不適応的な対立遺伝子が共存する可能性がある非逆位領域とは対照的である。^{[ 11 ]}

減数分裂中に、逆位を持つ染色体が逆位のない相同染色体（逆位ヘテロ接合体）と対合すると、それらは適切にシナプス形成されず、逆位ループが形成される。ループ内での交叉は、不均衡な配偶子を生じる可能性がある。傍中心逆位では、組換えにより、 1つの二動原体染色分体と1つの無動原体染色分体が生じる。後期には、両方の組換え体に問題が生じる。無動原体染色分体はどちらか一方の極に引っ張られ、二動原体組換え体は2方向に引っ張られるため、二動原体橋を形成する。^{[ 12 ]}

中心周囲逆位では、同様の不均衡な染色体が生成されます。これらの交配によって生じる組換え染色体には、欠失と重複が含まれます。このような配偶子によって生成される子孫はほとんど生存不能であり、したがって、逆位領域内での組換えは間接的に抑制されます。^{[ 12 ]}

逆位ヘテロ接合体間の組換えが抑制されることで、祖先配列と逆位配列が独立して進化する機会が生まれます。最初は、逆位配列には変異がなく、祖先配列には変異がありません。逆位ハプロタイプが失われない場合（例えば、遺伝的浮動による場合）、逆位配列の変異は時間とともに増加し、より多くのホモ接合体が導入されるにつれて、逆位領域の組換え率はいくらか回復します。^{[ 13 ]}

染色体逆位は、局所適応と種分化における潜在的な役割のため、進化研究において大きな注目を集めている。非組換え逆位ハプロタイプは複数の共適応遺伝子変異を保有する可能性があるため、自然選択がこのような連鎖した適応変異を集団内で高頻度に誘導するのに効率的であるため、逆位は異なる環境への局所適応を促進すると考えられている。^{[ 14 ]}しかし、逆位ハプロタイプは組換えを起こさないため、逆位内に連鎖した共適応遺伝子変異が存在することを経験的に証明することは難しい。さらに、異なる環境への適応に対する染色体逆位のこの可能性のあるプラスの効果は、異なる逆位ハプロタイプに連鎖した適応遺伝子変異が実際に共適応しているという仮定に基づいている。しかし、この考えは、集団が空間的または時間的に変化する選択を受ける状況ではおそらく破られる。逆位連鎖変異に対する選択圧が変動するため、異なる遺伝子変異を持つ逆位ハプロタイプ間の組換えがないと、異なる環境への適応を助けるどころか、むしろ制限してしまう可能性がある。^{[ 15 ]}したがって、異なる環境への適応における染色体逆位の重要性は、進化遺伝学における未解決の経験的問題として残っている。

逆位多型は2つの方法で確立される。遺伝的浮動または選択により、局所集団で逆位が固定されることがある。逆位多型は、この集団と逆位のない集団との間の遺伝子流動によって生じることがある。平衡選択は、頻度依存性または過剰優性によって逆位多型をもたらすこともある。^{[ 13 ]}逆位染色体と祖先染色体との間の適応度の違いは、安定した多型を生み出すか、どちらか一方の染色体の固定をもたらす可能性がある。^{[ 16 ]}

逆位は性染色体の進化に不可欠であった。哺乳類では、Y染色体はほぼ全長にわたってX染色体と組換えを起こすことができない。この非組換え部分は、重複する一連の逆位によって生じる。性決定遺伝子座と性拮抗遺伝子の間の組換え率の低下は選択によって有利となる。これにより、雄決定遺伝子座と雄に有利な別の遺伝子座の対立遺伝子との間に連鎖不平衡が生じる。これは、哺乳類のY染色体の場合のように、両方の遺伝子座を含む非組換えブロックをもたらす逆位によって起こり得る。^{[ 16 ]}

逆位は、新しい性染色体の発生にも不可欠な場合がある。逆位は、性決定突然変異と性拮抗遺伝子座との間の連鎖不平衡を引き起こし、常染色体から新しい性染色体を作り出す可能性がある。^{[ 17 ]}

逆位は、さまざまな方法で種分化に関与する可能性があります。ヘテロ接合体の逆位は劣性であるため、雑種の適応度の低下を引き起こし、接合後隔離につながる可能性があります。また、種間の選択された差異を蓄積し、接合前および接合後の両方の隔離を引き起こす可能性もあります。^{[ 16 ]}

逆位はしばしば頻度の地理的勾配を形成し、それが局所適応における役割を示唆することがある。そのような勾配の顕著な例は、3つの異なる大陸で観察されるキイロショウジョウバエの逆位3RPである。 ^{[ 16 ]}逆位が2つ以上の局所適応アレルを含む場合、それは選択され、広がる可能性がある。たとえば、チョウのHeliconius numataでは、色を制御する18個の遺伝子が逆位によって連結されており、それらが一緒に高い適応度をもたらす。^{[ 18 ]}

国際ヒト細胞ゲノム命名システム（ISCN）は、ヒト染色体の命名に関する国際標準であり、ヒト染色体および染色体異常の説明に使用されるバンド名、記号、略語などが含まれます。略語には、逆位を表すinvなどがあります。^{[ 20 ]}

• ブレンデン・アダムス：かつてギネス世界記録で世界一背の高い10代の記録保持者だった。彼の身長の高さは、 12番染色体の逆位によって引き起こされている。
• 生物における染色体逆位の一例として、昆虫のコエロパ・フリギダ（Coelopa frigida）が挙げられる。このコエロパ 属の特定の種は、染色体逆位の変異によって様々な形態的差異を生み出している。大型のコエロパ・フリギダは染色体逆位を起こさないのに対し、小型のコエロパ・フリギダは染色体逆位を起こす。