ゼニゴケゲノムDBの拡張開発と仮想化技術を応用した高可搬性ゲノムDBの開発

• Project/Area Number: 20K15783
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43060:System genome science-related
• Research Institution: National Institute of Genetics
• Principal Investigator: 谷澤 靖洋 国立遺伝学研究所, 情報研究系, 助教 (90836511)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: ゼニゴケ / ゲノム / データベース

Outline of Research at the Start

モデル植物としての利用が広まっているゼニゴケのゲノム情報を研究コミュニティに提供するためゼニゴケゲノムデータベース MarpolBase の拡張開発を行い、特にオルソログ遺伝子情報による遺伝子絞り込み機能や遺伝子発現情報による検索機能等の新規機能の開発を行う。また、MarpolBase で開発された主要機能の一部を流用しコンテナ仮想化技術等を応 用することで、汎用的なゲノムデー タベースを簡便に構築できる「高可搬型ゲノムデータベース」を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、次世代モデル生物として注目を集めるゼニゴケ Marchantia polymorphaの正確かつ充実したゲノム情報を研究コミュニティに提供するためのゲノムデータベースMarpolBase (https://marchantia.info) の開発を行っている。また、その主要機能の一部をベースとしコンテナ仮想化技術等を応用することで、様々な生物のゲノムデータベースを簡便に構築できるプラットフォームの開発を行っている。
令和5年度では、PacBio HiFi Sequencingを用いて取得した高精度リード配列をアセンブルすることで、雌雄の標準株Tak-1株およびTak-2株のゲノム配列を構築した。新たに決定されたゲノム配列は、雌雄のそれぞれ１ヶ所に塩基配列を決定できなかったギャップ領域を含んでいるが、性染色体を含むすべての染色体について染色体末端にテロメアまたはrDNAクラスタが確認できたことからほぼ完全長のゲノム配列を決定することができた。ゲノム配列に対し遺伝子注釈情報を付与し、参照ゲノム配列ver. 7.1としてMarpolBaseから公開を行った他、DDBJを通して国際塩基配列データベースにも登録を行なっている。ゲノム配列の構築に関しては、台湾・日本の合同国際シンポジウム (TJPB2023, 10月) および同時に開催されたゼニゴケワークショップにおいてそれぞれポスター・口頭発表を行なった。
また、フランスの研究グループによるパンゲノム解析に協力し、解析に用いたゼニゴケ約130系統の変異情報を可視化するためのゲノムブラウザおよびデータダウンロードサイトをMarpolBase内に設置した。パンゲノム解析に関しては現在論文が査読中となっている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

令和5年度においてはPacBio HiFi Sequencingを用いた高精度参照ゲノム配列の構築とそのデータ公開を行なった。これは当初の研究計画には含まれていなかったが、塩基解読費用の低廉化により可能となったものである。そのため、１年間の研究機関の延長を申請した。

Strategy for Future Research Activity

令和４年度に公開されたゼニゴケ発現量データベースMarpolBase Expression (MBEX, https://marchantia.info/mbex/) について新参照ゲノム配列を用いてデータの再解析を行い、その完了を待って参照ゲノム配列およびデータベースに関する論文を投稿する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universite de Toulouse/University of Cambridge/University of Zurich(フランス)
• [Journal Article] 特集/コケ植物:遺伝子資源と機能応用「ゲノム情報とデータベースの利用」 (2023)
  • Author(s): 谷澤靖洋
  • Journal Title: アグリバイオ Volume: 7(3) Pages: 8-11
• [Journal Article] MarpolBase Expression: A Web-Based, Comprehensive Platform for Visualization and Analysis of Transcriptomes in the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2022)
  • Author(s): Kawamura Shogo、Romani Facundo、Yagura Masaru、Mochizuki Takako、Sakamoto Mika、Yamaoka Shohei、Nishihama Ryuichi、Nakamura Yasukazu、Yamato Katsuyuki T、Bowman John L、Kohchi Takayuki、Tanizawa Yasuhiro
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 63 Issue: 11 Pages: 1745-1755
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac129
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Renaissance and Enlightenment of Marchantia as a model system (2022)
  • Author(s): Bowman, J.L., Berger,F., Briginshaw, L.N., Davies, K.M., Dierschke, T., Dolan,L., Fisher, T.J., Flores-Sandoval,E., Futagami,K., Ishizaki, K., Kato, H., Kohchi, T., Levins, J., Lin, S-S., Nishihama, R., Romani, R., Tanizawa, Y., Tsuzuki, M., Watanabe,Y., Yamato, K.T., Zachgo, S.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 34 Issue: 10 Pages: 3512-3542
  • DOI: 10.1093/plcell/koac219
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genome evolution of a nonparasitic secondary heterotroph, the diatom <i>Nitzschia putrida</i> (2022)
  • Author(s): Kamikawa R、Mochizuki T、Sakamoto M、Tanizawa Y、Nakayama T、Onuma R、Cenci U、Moog D、Speak S、Sarkozi K、Toseland A、van Oosterhout C、Oyama K、Kato M、Kume K、Kayama M、Azuma T、Ishii K、Miyashita H、Henrissat B、Lombard V、Win J、Kamoun S、Kashiyama Y、Mayama S、Miyagishima S、Tanifuji G、Mock T、Nakamura Y
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Issue: 17
  • DOI: 10.1126/sciadv.abi5075
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] High quality reference genome sequences of liverwort: Toward completion of the Marchantia Genome Project (2023)
  • Author(s): Yasuhiro Tanizawa, Shogo Kawamura, Takako Mochizuki, Mika Sakamoto, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Facundo Romani, John L. Bowman, Frederic Berger, Takayuki Kohchi, Yasukazu Nakamura
  • Organizer: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High quality reference genome sequences of liverwort: Toward completion of the Marchantia Genome Project (2023)
  • Author(s): Yasuhiro Tanizawa, Shogo Kawamura, Takako Mochizuki, Mika Sakamoto, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Facundo Romani, John L. Bowman, Frederic Berger, Takayuki Kohchi, Yasukazu Nakamura
  • Organizer: 2023 Mini-symposium of Marchantia polymorpha
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Marpolbase: ゼニゴケのための遺伝子情報および発現量データベースの開発 (2022)
  • Author(s): 谷澤 靖洋, 川村 省吾, Romani Facundo, 矢倉 勝, 望月 孝子, 坂本 美佳, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 中村 保一, 大和 勝幸, Bowman John, 河内 孝之
  • Organizer: 第64回日本植物生理学会年会
• [Presentation] MedakaBase：メダカの包括的かつよりユーザー志向なオミクスリソース提供をめざして (2022)
  • Author(s): 矢倉 勝、安齋 賢、谷澤 靖洋、中村 保一、成瀬 清、工樂 樹洋
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Marpolbase: ゼニゴケのための遺伝子情報および発現量データベースの開発 (2021)
  • Author(s): 谷澤 靖洋, 川村 昇吾, 矢倉 勝, 坂本 美佳, 望月 孝子, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 大和 勝幸, 河内 孝之, Liu, Chang, Berger, Frederic, 中村 保一
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会
• [Remarks] Preprint at BioRxiv for Marchantia pangenome study
  • URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.27.564390v1.full.pdf+html
• [Remarks] 光合成を止(や)めた藻類の100年の謎解く全ゲノム解読に成功
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2022/05/research-highlights_ja/pr20220430.html