タンパク質進化は、突然変異と選択によって方向づけられた進化空間上の歩みである。多くのタンパク質において、アミノ酸置換の主な決定因は機能的および構造的制約である一方で、合成コストや突然変異バイアスもアミノ酸進化の方向や速度を変え得る。特に、選択が緩和されている系ではその影響が顕著になり得る。ここでは、高発現の葉緑体リボソームタンパク質（PRP）に焦点を当てた。PRPは、葉緑体ゲノムと核ゲノムの両方によりコードされる58の保存的タンパク質から成る。選択の緩和は、遠縁な3つの植物系統において繰り返し同定されており、合成コストと突然変異の重要性を検討するための貴重な比較枠組みを提供している。まず、半寄生性の科部族であるCymbarieae（オロバンケ科）が、PRPにおいて同時に核・葉緑体の速度が高まる現象が起きる新たな事例を表すことを示した。さらに詳しく調べると、4つの植物系統すべてにおいてアミノ酸組成の収斂的なシフトが観察され、その要因はアルギニンからリジン、メチオニンからイソロイシン／バリン／ロイシンへの置換にあることが明らかになった。置換された残基は生物物理学的には類似しているが、分子量が低く側鎖が短かったため、タンパク質のフォールディングを有意に不安定化したことが、タンパク質構造のモデリングによって示された。組成シフトは突然変異バイアスの期待と逆向きであったが、高発現のPRPに対して適応的であり得る合成コストの最小化の期待と整合的であることを見いだした。さらに、コストの最小化は、生物物理学的に類似したアミノ酸間のすべての保存的置換に有意に影響したが、非保存的置換には見られなかった。したがって、PRPにおけるタンパク質進化において、コストの最小化を二次的な選択駆動力として提案する。これは、機能に対して選択が緩和された系統や部位において顕在化する。
https://doi.org/10.64898/2026.08.25.747160