エピスタシスとは？遺伝子相互作用の定義・仕組みと実例

エピスタシスとは何か？遺伝子相互作用の定義・仕組みを図解でわかりやすく解説し、ショウジョウバエや植物などの実例と解析法を紹介。

エピスタシスとは、異なる遺伝子座にある遺伝子間の相互作用のこと。1909年にWilliam Batesonによって考案された言葉である。

グレゴール・メンデルは、スイートピーの実験を行った際に、丸いエンドウとしわのあるエンドウ、背の高いエンドウと低いエンドウなど、7つの形質を選びました。その結果、植物には見た目（表現型）をコントロールする2つの「因子」（遺伝子）があることがわかりました。しかし、ある一組の因子が他の一組の因子に影響を与えることはありませんでした。しかし、エピスタシスでは、ある遺伝子の働きが他の遺伝子に影響を与えます。

この言葉の使われ方には多少の違いがあります。例えば、ショウジョウバエの羽を持たない遺伝子は、明らかに羽の他の部分の遺伝子を覆い隠してしまうのである。しかし、一般的には、エピスタシスとは、異なる遺伝子座の効果が独立していないことを意味する。

基本の説明と用語

エピスタシスでは、ある遺伝子の変異が別の遺伝子の表現型を「覆い隠す（mask）」または「修飾する（modify）」。覆い隠す側の遺伝子をエピスタティック（epistatic）遺伝子、覆い隠される側をハイポスタティック（hypostatic）遺伝子と呼びます。分子レベルでは、酵素やタンパク質が同じ代謝経路や複合体で働くときに起きやすく、上流の酵素が失われると下流の酵素の変異は表現型に現れなくなります。

エピスタシスの種類（古典的分類）

• 劣性エピスタシス（recessive epistasis）：ある遺伝子がホモ接合体のときに他の遺伝子を覆い隠す。代表的な遺伝子分離比はF2で9:3:4（例：ラブラドール・レトリバーの毛色）。
• 優性エピスタシス（dominant epistasis）：一つの優性アリルが他の遺伝子の効果を覆い隠す。F2で12:3:1となる場合がある（例：一部の果実色の遺伝）。
• 重複エピスタシス（duplicate genes）：いずれか1遺伝子の優性アリルがあれば同じ表現型を示す。F2で15:1の比になる。
• 補完（相補）遺伝（complementary gene action）：両方の遺伝子がともに優性でないと表現型が出ない。F2で9:7の比になることがある（例：花色の発現に2つの酵素が必要な場合）。

分子的・統計的エピスタシス

エピスタシスは大きく二つの視点で語られます。

• 分子（生物学的）エピスタシス：酵素反応やタンパク質相互作用など、物理的・生化学的経路に基づくもの。例：色素合成経路で上流の酵素欠損が下流の変異を覆い隠す。
• 統計的エピスタシス：集団データを解析したときに、二つ以上の遺伝子が非加法的に表現型に影響すること。GWASやQTL解析で「遺伝子間相互作用」として検出されるが、検出には大きなサンプルと適切なモデルが必要。

代表的な実例

• ラブラドール・レトリバーの毛色：B遺伝子（黒／茶）とE遺伝子（色素沈着の可否）が関与。Eが劣性ホモ（ee）の場合、Bの遺伝子型にかかわらず黄色（色素が表現されない）となる。つまりEがBに対してエピスタシスを示す。
• ボンベイ（Bombay）表現型：血液型ABOに対し、H遺伝子の欠損（hh）はH抗原を作れないため、ABO遺伝子が何であれ表面にA/B抗原が形成されずO型の表現型となる。HはABOに対するエピスタティック遺伝子の例。
• ショウジョウバエの羽欠損：本文でも述べたように、羽を形成する基本的な遺伝子が欠損すると、他の羽関連遺伝子の変異効果は見えなくなる（覆い隠し）。

検出・解析方法

• 古典的には交雑実験（ダイハイブリッド交雑など）と表現型比の解析でエピスタシスの有無を推定する。
• 現代ではQTLマッピングやGWASで遺伝子間相互作用項（interaction term）をモデルに入れて解析する。ただし検出力は単独効果より弱く、多重検定やサンプルサイズに注意が必要。
• 分子実験（遺伝子ノックアウトや遺伝子発現解析、代謝経路の再構築など）で経路上の位置関係を確認することが多い。

生物学的・進化的意義

エピスタシスは形質の多様性や適応に大きな影響を与える。遺伝子間の相互作用は遺伝的背景に依存するため、ある変異が集団内で有利・不利に働くかは背景によって変わる。進化的には適応の道筋を複雑にし、遺伝的ロックインや相互作用に基づく適応のエピスタシス的効果が観察されることがある。また、医療分野では薬剤感受性や合成致死（がん治療のターゲット）など応用面でも重要である。

まとめ

エピスタシスは「遺伝子同士の対話」とも言える現象で、単独の遺伝子効果だけでは説明できない表現型の変動を生みます。古典的な交配実験から最新のゲノム解析まで、様々な手法でその存在と仕組みが明らかにされてきました。遺伝学・進化学・医学の幅広い分野で理解が重要な概念です。

質問と回答

Q: エピスタシスとは何ですか?

Q:「エピスタシス」という言葉を発明したのは誰ですか?

Q:グレゴール・メンデルが行ったスイートピーに関する実験はどのようなものだったのか?

Q: グレゴール・メンデルの実験における因子の組は、互いに影響し合っていたのでしょうか?

Q:エピスタシスにおいて、ある遺伝子の作用は別の遺伝子に影響を与えるか?

Q: 「エピスタシス」とは何を意味するのですか?

Q:エピスタシスの本来の意味は何ですか?

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