ゲノムアイランド

ゲノムアイランド（GI）は、水平起源の証拠があるゲノムの一部です。^[1]この用語は通常、微生物学、特に細菌に関して使用されます。GIは多くの機能をコード化でき、共生や病原性に関与し、生物の適応を助ける場合があります。付与する機能に基づいて、多くのGIのサブクラスが存在します。^[2]たとえば、病原性に関連するGIは、病原性アイランド（PAI）と呼ばれることが多く、多くの抗生物質耐性遺伝子を含むGIは抗生物質耐性アイランドと呼ばれます。同じGIが、さまざまな種類の水平遺伝子伝達（形質転換、接合、形質導入）の結果として、遠縁の種に発生することがあります。これは、塩基組成分析や系統発生推定によって決定できます。

さまざまなゲノムアイランド予測プログラムが開発されています。これらのツールは、配列ベースの方法と比較ゲノム学/系統発生ベースの方法に大別できます。

配列ベースの方法は、異なる種のゲノム配列構成の間に存在する自然発生的な変異に依存します。異常な配列構成 (ヌクレオチド バイアスやコドン バイアスなど) を示すゲノム領域は、これらの領域が水平伝播された可能性があることを示唆します。これらの方法の 2 つの大きな問題は、ゲノムの自然変異 (高度に発現した遺伝子による場合もあります) により誤った予測が発生する可能性があることと、水平伝播した DNA が時間の経過とともに改善 (宿主ゲノムに変化) するため、予測が最近獲得した GI のみに限定されることです。

比較ゲノム学に基づく手法では、複数の関連種の情報を用いて、水平伝播の兆候を示す領域を特定しようとします。たとえば、ある種には存在するが、他の複数の関連種には存在しないゲノム領域は、その領域が水平伝播された可能性があることを示唆します。代替説明としては、(i) その領域は共通祖先に存在していたが、比較対象の他のすべての種では失われている、または (ii) その領域は共通祖先には存在しなかったが、それがまだ存在する種で突然変異と選択によって獲得された、が挙げられます。その領域が共通祖先に存在していたという外集団からの証拠がある場合、または系統発生から実際の削除イベントが比較的少ないことが示唆される場合、その領域の複数の欠失に関する議論は強化されます。その領域を持つ種が他の種から大幅に分岐したことがわかっている場合、または問題の領域が小さい場合は、突然変異による獲得に関する議論は強化されます。分類群のサンプリングで、その地域に生息していた可能性のある多くの絶滅種が省略された場合、特に絶滅がその地域の存在と相関関係にあった場合、(i) または (ii) のいずれかの妥当性は修正されるでしょう。

最も正確なGI予測方法のいくつかを統合した方法の一例としては、IslandViewerがあります。^[3]

細菌では、多くのタイプ IIIおよびタイプ IV 分泌システムがゲノム島に位置しています。これらの「島」は、サイズが大きく (>10 Kb )、tRNA をコードする遺伝子と頻繁に関連し、ゲノムの残りの部分と比較してG+C 含有量が異なるという特徴があります。多くのゲノム島は反復構造に隣接しており、ファージやプラスミドなどの他の可動要素の断片を運びます。一部のゲノム島は、統合要素と接合要素(ICE)に隣接するものを含め、染色体から自発的に切り離され、他の適切な受容体に転送される可能性があります。^[4]切り離しは存在する ICE 機構に依存しますが、統合はゲノム島に存在するインテグラーゼに起因します。

• 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)におけるゲノム+アイランド