Name: 河畔および水生甲虫の分子運用分類単位(MOTU)を生成するための調合パイプライン (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-07-11T14:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 23 s
Description: 学ぶ COI配列を用いた河畔・水生甲虫のMOTU生成パイプライン。MEGA XとTaxonDNAを活用し、Anisostena属などの種分化を遺伝的に解明する手法です。形態分類の限界を補い、熱帯の多様な甲虫類の種発見を加速します。

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さまざまな分類群で地球規模の種が前例のない速度で減少しているため 1,2,3,4、これまで発見されていなかった種や記載されていない種を含む包括的な生物多様性インベントリを作成する推進力は、時間との競争になります 2,5。一つには、生物多様性の保全は、適切な分類学的知識に照らしてのみ意味をなす6,7。したがって、密接に関連しているが異なる種が独自の基本的なニッチを持っている可能性があることを考えると、種レベルでの生物多様性の特定が必要である8。
カブトムシの系統学では、アルファ分類学または伝統的な分類学は、すべてではないにしてもほとんどの動物グループと同様に、種の同定におけるゴールドスタンダードです9。このアプローチは、形態学的特徴に依存して、より高い分類法で生物を分類し、種レベルでの同定を提供します10,11。多くの場合、科12、あるいは属レベルの同定13でさえも、体型や特殊な適応のような外部形態学的特徴のみを用いて行うことができる。一方、カブトムシの種レベルの同定は、通常、ネデアガスまたは雄性器の構造的詳細の比較を通じて行われる14,15,16。
この形態学に基づくアルファ分類学が広く受け入れられているにもかかわらず、種の発見に対するこのアプローチは、特に無脊椎動物の間で、多数の「分類学的障害」6,17,18によって妨げられています19。カブトムシの系統学では、アルファ分類学を用いた種の同定および/または発見は、熟練した分類学者の数が限られている20,21、簡潔でほとんど情報提供されていない以前の記述22、および文献やタイプ標本へのアクセスに関連する物流上の問題23という課題に直面している。
これは、問題の分類群が不可解であったり、非常に目立たない場合にも悪化します。不可解な種とは、微妙な種間フェネティックな違いを考えると、比較形態によって容易に描写できない、同じ属、または異なる属の種のセットを指します24。「暗い分類群」25,26,27と見なされる一部の謎めいた分類群は、さらに、非常に多様でありながら非常に研究が不十分であることに苦しんでいます。残念ながら、これは河畔および水生のカブトムシ8,28では珍しいことではありません。謎めいた暗い分類群の種の描写に対処しないと、潜在的に異なるニッチと生態学的要件を持つ生物に画一的な保全措置が与えられるため、生物多様性が脅かされます8,29。
これらの課題を考えると、「統合分類学」23、またはアルファ分類学を別の一連の証拠と結びつけるアプローチは、過去20年間で新種を育てる手段として勢いを増してきた30,31,32。カブトムシ33,34,35,36,37,38,39およびその他の昆虫目40,41,42,43,44,45に関する統合分類学的研究で使用される証拠の1つは、DNA配列です。特に、ミトコンドリアのシトクロムcオキシダーゼサブユニットI(COI)遺伝子は、その適度に保守的な性質46,47,48のために、多様な動物のセットをバーコード化するために使用されている。その658bp長の5'末端(COI-5')は、「バーコードフラグメント」または「フォルマーフラグメント」とも呼ばれ、「診断」配列49として提案されているが、3'末端50,51,52のプライマーセットが頑健であるため、723bp長のCOI-3'も使用されている。
COIを用いたDNAバーコーディングは、種レベルの同定のために考案されたが、それは、GenBank54およびBOLD55のような先験的な配列リポジトリ53によって制限されるが、分子種境界アプローチは、前提条件リポジトリ56なしで提供されたDNA配列のみを使用して種の制限を設定する。入力ファイルに基づく分子種境界設定アプローチには、2つのクラスがあります。まず、配列のアラインメントをインプットとして使用すると、閾値ベースのアプローチでは、カットオフ値を使用して種間および種内の分岐を決定します48,57,58。距離ベースの方法として、これらのアプローチは、昆虫について観察された最大種内距離の3%に依存しており、これは「バーコードギャップ」と呼ばれています51,59。閾値に基づくアプローチには、TaxonDNA60に実装されたSpeciesIdentifier、Kimura 2-parameter(K2P)61による遺伝的距離、およびASAP(Assemble Species by Automatic Partitioning)62がある。
次に、系統を入力ファイルとして使用して、合体ベースのアプローチは、系統分岐率63,64,66の変化を決定することにより、種の境界を特定し、独立した系統をソートします。多くの場合、系統発生種の概念67に依存し、合体ベースのアプローチには、ポアソンツリープロセス(PTP)68とそのバリエーションであるマルチレートPTP69が含まれます。いずれにせよ、分子種境界アプローチによって形成されたクラスターは、総称して分子操作分類単位(MOTU)と呼ばれます。
ここでは、3つの閾値ベースのアプローチと3つの合体ベースのアプローチを含むMOTUを生成するための調合パイプラインの方法を紹介します(図1)。パイプラインは、(1)統合分類法と未記載種からの追加配列を使用して以前に建てられた2つの公開種35で構成される河岸のByrrhinus Motschulsky、1858年のカブトムシのCOI-3'配列、および(2)Anacaena Thomson、1859年のカブトムシのCOI-5'配列、2つの公開種70の配列でテストされます以前は、アルファ分類法と未記載の種からの追加配列を使用して建てられました。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68323/68323fig1.jpg"> 
図1:MOTUを生成するための調合パイプラインのフローチャート。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68323/68323fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

<table><tbody><tr><td>できるだけ早く&nbsp;</td><td>スパルトエクスプローラ</td><td>https://bioinfo.mnhn.fr/abi/public/asap/asapweb.html</td><td></td></tr><tr><td>コンピュータ</td><td></td><td>任意の処理ユニット</td><td></td></tr><tr><td>メガX&nbsp;</td><td>MEGAソフトウェア</td><td>https://www.megasoftware.net/</td><td></td></tr><tr><td>mPTP Web サーバー</td><td></td><td>https://mptp.h-its.org/#/tree</td><td></td></tr><tr><td>PTP Web サーバー</td><td>ハイデルベルク理論研究所(HITS)</td><td>https://species.h-its.org/ptp/</td><td></td></tr><tr><td>種識別子&nbsp;</td><td></td><td>&nbsp;https://taxondna.sourceforge.net/</td><td></td></tr></tbody></table>

河畔および水生甲虫の分子運用分類単位(motu)を生成するための調合パイプライン

A Concoction Pipeline for Generating Molecular Operational Taxonomic Units (MOTUs) Among Riparian and Aquatic Beetles

この記事では、TaxonDNA、K2P、ASAP、PTPの2つのバリエーション、およびmPTPを含む分子種境界調合パイプラインを水生および河岸のカブトムシに実装しました。6つのアプローチのそれぞれの結果は「分子クラスター」と呼ばれ、要約は「分子操作分類単位」またはMOTU75と呼ばれます。
調合パイプラインは、2つのデータセットでテストされました。最初のデータセット(表1、図9)は、フィリピンから収集された1858匹のカブトムシである河岸のByrrhinus Motschulskyの24のCOI-3'配列と、1829種76の未同定のLimnichus Latreilleの24の配列で構成されています。Byrrhinusの配列には、K2P境界を指定した形態学に基づくα分類法を用いて構築された、以前に発表された2つの種<sup class="xr...

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