選択的掃引

遺伝学において、選択的掃去とは、集団内で頻度が増加して固定される（すなわち、頻度が1に達する）新たな有益な突然変異によって、その突然変異に近いヌクレオチド配列間の遺伝的変異が減少または消失する過程のことである。選択的掃去では、正の選択によって新たな突然変異が非常に速やかに固定されるため、連鎖した対立遺伝子も「便乗」して固定されることがある。

選択的掃去は、保有者の適応度（集団の他のメンバーと比較して）を高める稀少または以前は存在しなかった対立遺伝子が、自然選択によって急速に頻度を増すときに発生する。このような有益な対立遺伝子の普及率が高まるにつれて、その有益な対立遺伝子のゲノム背景（DNA近傍）にたまたま存在する遺伝子変異も普及率が高くなる。これは遺伝的ヒッチハイクと呼ばれる。単一のゲノム背景で発生した強く選択された対立遺伝子による選択的掃去は、その結果、その染色体領域の遺伝的変異が大きく減少するゲノム領域が生じる。強い正の選択がヒッチハイクによって近傍の遺伝的変異を減少させる可能性があるという考えは、 1974年にジョン・メイナード・スミスとジョン・ヘイによって提唱された。 ^{[ 1 ]}

すべての掃去が同じように遺伝的多様性を減少させるわけではない。掃去は大きく3つのカテゴリーに分類できる。

1. 「古典的な選択的掃去」または「ハード選択的掃去」は、有益な突然変異がまれな場合に起こると予想されますが、有益な突然変異が発生すると、その頻度が急速に増加し、それによって集団内の遺伝的多様性が劇的に減少します。^{[ 1 ]}
2. もう一つのタイプの掃去現象である「既存の遺伝的変異からのソフト掃去」は、集団内に存在していた以前は中立であった突然変異が、環境の変化によって有利になったときに起こります。このような突然変異は複数のゲノム背景に存在する可能性があるため、その頻度が急速に増加しても、集団内のすべての遺伝的変異を消し去ることはありません。^{[ 2 ]}
3. 最後に、「多重起源ソフトスイープ」は、突然変異が一般的である場合（例えば、大規模な集団において）に発生し、同じまたは類似の有益な突然変異が異なるゲノム背景で発生し、単一のゲノム背景が高頻度に便乗することができなくなる場合に起こります。^{[ 3 ]}

選択が同時に多数の遺伝子座で対立遺伝子頻度に非常に小さな変化を引き起こす場合（多遺伝子適応）、掃去は起こらない。

選択的掃去が起こったかどうかは、さまざまな方法で調べることができます。その方法の一つは、連鎖不平衡、つまり特定のハプロタイプが集団内で過剰に存在するかどうかを測定することです。中立進化では、遺伝子組換えによってハプロタイプ内の異なる対立遺伝子が組み換えられ、単一のハプロタイプが集団を支配することはありません。しかし、選択的掃去が起こると、正の選択を受けた遺伝子変異体に対する選択によって、隣接する対立遺伝子も選択され、組換えの機会が減少します。したがって、強い連鎖不平衡の存在は、最近選択的掃去が起こったことを示唆する可能性があり、最近選択を受けている部位を特定するために利用できます。

ヒトや他の種における選択的掃去の調査は、さまざまな統計的手法と仮定を用いて数多く行われてきた。^{[ 4 ]}

トウモロコシでは、黄色い胚乳の色を決定するフィトエン合成酵素遺伝子Y1周辺の黄色と白色のトウモロコシ遺伝子型の最近の比較により、この遺伝子座の多様性を低下させ、周辺領域で連鎖不平衡を引き起こす黄色遺伝資源における選択的掃去の強い証拠が示されています。白色トウモロコシ系統では多様性が増加し、選択的掃去に関連する連鎖不平衡の証拠はありませんでした。^{[ 5 ]}

選択的掃去は急速な適応を可能にするため、病原性細菌やウイルスが宿主を攻撃し、治療薬に耐える能力の重要な要因として挙げられています。^{[ 6 ]}このようなシステムでは、宿主と寄生体 の競争はしばしば進化的な「軍拡競争」として特徴づけられ、一方の生物が攻撃または防御の方法をより迅速に変更できるほど有利になります。これは、他の場所では赤の女王仮説によって説明されています。言うまでもなく、より効果的な病原体またはより抵抗力のある宿主は、同種個体に対して適応上の優位性を持ち、選択的掃去の燃料となります。

一例として、数百年にわたり人間との適応競争に関わってきたヒトインフルエンザウイルスが挙げられる。抗原ドリフト（表面抗原の漸進的な変化）はウイルス遺伝子型の変化の伝統的なモデルと考えられているが、最近の証拠^{[ 7 ]}は選択的掃去も重要な役割を果たしていることを示唆している。いくつかのインフルエンザ集団において、近縁関係を示す「姉妹」株の最近共通祖先までの時間（TMRCA）は、それらがわずか数年以内に共通の祖先から進化してきたことを示唆している。遺伝的掃去の結果と考えられる遺伝的多様性の低い期間は、異なる株がそれぞれの地域に適応するにつれて多様性の増加へと移行した。

同様の事例は、温血動物に感染する能力を持つ非常に強力な原生動物寄生虫 であるトキソプラズマ・ゴンディにも見られる。トキソプラズマ・ゴンディは、ヨーロッパと北アメリカ全体でわずか3つのクローン系統しか存在しないことが最近発見された。^{[ 8 ]} つまり、旧世界全体と新世界の大部分には、この寄生虫の遺伝的に異なる株が3つしか存在しないということである。これら3つの株は、3つの現代のクローンとほぼ同時期に出現した遺伝子Chr1aの単一の単型バージョンによって特徴付けられる。したがって、このChr1aの形態を含む新しい遺伝子型が出現し、遺伝的ヒッチハイクによって残りのゲノムを伴って、トキソプラズマ・ゴンディのヨーロッパと北アメリカの集団全体に広がったと考えられる。南アメリカのトキソプラズマ・ゴンディ株は、他の地域よりもはるかに多く存在し、このChr1aの対立遺伝子も持っている。

遺伝的変異とその対抗力（適応を含む）が、家畜や農作物の作出ほど重要になることはめったにない。例えば、栽培作物は1万年以上前から遺伝子操作を受けており^{[ 9 ]}、人為的な選択圧にさらされ、新しい環境に急速に適応することを強いられてきた。選択的掃去は、さまざまな品種が出現する可能性のある基準線を提供する^{[ 10 ] 。}

例えば、トウモロコシ（Zea mays）の遺伝子型に関する最近の研究では、現代の栽培品種を共通の遺伝子データに基づいて結びつける数十もの古代の選択的掃去が発見されました。これらの遺伝子データは、栽培トウモロコシの野生種であるテオシントにまで遡る可能性があります。言い換えれば、人工選択によってトウモロコシのゲノムは多くの異なる適応品種へと形作られてきましたが、その発達の初期段階で作用した選択的掃去は、遺伝子配列の統一的な相同性をもたらしているのです。ある意味で、長らく埋もれていたこれらの掃去は、トウモロコシとテオシントの共通の遺伝的背景を明らかにすることで、両者の祖先状態を示す証拠となるかもしれません。

家畜化における選択的掃去の役割を示すもう1つの例はニワトリから得られる。スウェーデンの研究グループは最近、並列シーケンス技術を用いて、8種類の栽培鶏とそれらに最も近い野生の祖先を調べ、選択的掃去によって生じた遺伝的類似性を明らかにすることを目的とした。^{[ 11 ]}彼らは、いくつかの選択的掃去の証拠を発見することに成功し、最も注目すべきは、生殖の代謝および光周期関連要素を調節する甲状腺刺激ホルモン受容体（ TSHR ） の遺伝子である。これは、ニワトリの家畜化のある時点で、おそらく人間の介入によって引き起こされた選択的掃去が、おそらく人間の操作者にとって有利になるように、ニワトリの生殖機構を微妙に変化させたことを示唆している。

ヒトにおける選択的掃去の例としては、ラクターゼ持続性に影響を与える変異体[ 12 ^{] [ 13 ]や高地}への適応^{[ 14 ]などが挙げられる。}

• 国際ハップマッププロジェクト
• ヒル・ロバートソン効果
• ソフト選択的掃引