数億年を隔てた酵母が、なぜ同じ「毒」を使うのかー「新参者殺し」戦略が安定して進化する条件を理論的に解明ー

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2026-07-22 東京科学大学

東京科学大学と東京女子大学の国際研究チームは、約3億~6億年前に分岐した出芽酵母と分裂酵母が、飢餓時に後から来た未適応細胞を自己毒素で排除する「新参者殺し(Latecomer killing)」という共通の生存戦略を維持してきた進化上の謎を、数理モデルによって解明した。解析では、毒素を産生する細胞、毒素を作らず耐性のみを持つ「チーター細胞」、耐性を持たない細胞の競争をモデル化した。その結果、栄養豊富な期間が長く、短い飢餓期が繰り返される環境では、栄養豊富期にチーター細胞が競争で不利となり、飢餓期には毒素産生細胞が感受性細胞を排除できるため、この戦略が進化的に安定して維持されることを示した。さらに、近縁種でも新参者殺しを持たない酵母が存在することから、分子システムの保存には系統関係だけでなく、祖先が経験した環境変動の履歴が重要であることを明らかにした。本成果は、微生物の進化戦略や環境変動と生命進化の関係、多細胞化の起源の理解にも新たな視点を与える。

数億年を隔てた酵母が、なぜ同じ「毒」を使うのかー「新参者殺し」戦略が安定して進化する条件を理論的に解明ー
図1. 今回発見した新参者殺しを安定的に進化させる機構の模式図

<関連情報>

酵母における毒素適応システムの進化可能性 Evolvability of the toxin-adaptation system in yeast

Tetsuhiro S. Hatakeyama;Kunihiko Kaneko;Kunihiro Ohta;Arisa H. Oda
Journal of the Royal Society Interface  Published:22 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.1098/rsif.2026.0345

Abstract

Crises such as starvation pose a serious threat to microbial populations, prompting cells to adopt survival strategies, such as cooperation or competition. Although cooperation among clones is common, recent studies have shown that yeast cells can kill clonal cells under glucose depletion by secreting autotoxins. Adapted cells survive, whereas non-adapted latecomers are eliminated. Remarkably, this toxin-adaptation (TA) system, which uses the same set of autotoxins, is conserved across distantly related yeast species. This is puzzling because conventional toxin-immunity (TI) systems are prone to exploitation by ‘cheaters’, cells that benefit from immunity without producing toxins, and typically diverge in an evolutionary arms race. To investigate how this system is maintained, we analysed its evolutionary stability using population dynamics modelling. The system does not evolve in constant environments: cheaters outcompete adaptive cells during continuous starvation, while sensitive cells that produce neither toxin nor immunity dominate in continuous nutrient-rich conditions. However, when the environment switches stochastically between starvation and nutrient-rich phases, with short starvation periods and long nutrient-rich periods, the TA system becomes evolutionarily stable. These findings suggest that fluctuating environments can promote the emergence and long-term maintenance of the TA system, highlighting the critical role of environmental switching in shaping microbial survival strategies.

細胞遺伝子工学
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