植物オミックス・知識情報の統合解析による新種誕生の機構解明とデータベース構築

• Project Area: Determining the principles of the birth of new plant species: molecular elucidation of the lock-and-key systems in sexual reproduction
• Project/Area Number: 17H05848
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 矢野 健太郎 明治大学, 農学部, 専任教授 (00446543)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: バイオインフォマティクス / ゲノム / トランスクリプトーム / 遺伝子発現ネットワーク / データベース / 自然言語処理 / 知識情報 / オミックス / オミックス・知識情報 / 植物 / オミックス情報

Outline of Annual Research Achievements

現在、多くのゲノム配列情報やRNA-Seqデータなどの大規模オミックス情報が公開データベースに蓄積している一方で、これらのビッグデータを活用した遺伝子探索ができない。この要因として以下の3点がある。(1)公開データベースに登録されているRNA-Seqデータには、実験条件の記述フォーマットに統一性がなく、mRNAサンプルの由来（器官・ステージなど）を容易に把握できない。その結果、大規模RNA-Seqデータを取得・解析しても、サンプル（葯、開花期など）における特異的発現遺伝子群などを探索できない。(2)従来の遺伝子発現データ解析法はピアソン相関係数の算出に基づくため膨大な計算コスト（計算機メモリーや計算時間など）を要し、大型計算機でも大規模情報を解析できない。(3)バイオインフォマティクスによる遺伝子探索では候補遺伝子数が数百個以上となることが多く、遺伝子機能アノテーション情報を併用した遺伝子選抜が望まれる。しかしアノテーション情報の大半が不明瞭な記述（Unknown Proteinなど）であり、十分に活用できない。
そこで、シロイヌナズナ、イネ、トマトなどの主要植物種を対象とし、各植物種の遺伝子発現ネットワーク（GEN）を構築し、種横断的に比較可能なシステムを構築した。RNA-Seqデータの実験条件（mRNAの由来、器官など）の把握を容易とするために、登録情報（実験条件）に対するマニュアル・キュレーションからオントロジーを付与し、網羅的なサンプル分類と比較解析を行った。また、学術論文テキスト情報を収集した後に、自然言語処理とマニュアル・キュレーションを実施し、遺伝子機能に関する高精度知識情報を集積し、システムに統合した。これらのオミックス・知識情報はデータベースPODCから公開するに至っている。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Toronto(カナダ)
• [Journal Article] Expression of genes from paternal alleles in rice zygotes and involvement of OsASGR-BBML1 in initiation of zygotic development (2019)
  • Author(s): Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Koshimizu, S., Takahara, M., Iwami, M., Watanabe, Y., Sekimoto, H., Yano, K., Okamoto, T.
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. Volume: 60 Issue: 4 Pages: 725-737
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz030
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional screening of salt tolerance genes from a halophyte Sporobolus virginicus and transcriptomic and metabolomic analysis of salt tolerant plants expressing glycine-rich RNA-binding protein (2019)
  • Author(s): Tada Yuichi、Kawano Ryuichi、Komatsubara Shiho、Nishimura Hideki、Katsuhara Maki、Ozaki Soichi、Terashima Shin、Yano Kentaro、Endo Chisato、Sato Muneo、Okamoto Mami、Sawada Yuji、Hirai Masami Yokota、Kurusu Takamitsu
  • Journal Title: Plant Science Volume: 278 Pages: 54-63
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2018.10.019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Repeated inversions within a pannier intron drive diversification of intraspecific colour patterns of ladybird beetles (2018)
  • Author(s): Ando Toshiya、Matsuda Takeshi、Goto Kumiko、Hara Kimiko、Ito Akinori、Hirata Junya、Yatomi Joichiro、Kajitani Rei、Okuno Miki、Yamaguchi Katsushi、Kobayashi Masaaki、Takano Tomoyuki、Minakuchi Yohei、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Yano Kentaro、Itoh Takehiko、Shigenobu Shuji、Toyoda Atsushi、Niimi Teruyuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 3843-3843
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06116-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differentiation capacities of PS-clusters, adult pituitary stem/progenitor cell clusters located in the parenchymal-niche, of the rat anterior lobe (2018)
  • Author(s): S. Yoshida, N. Nishimura, H. Yurino, M. Kobayashi, K. Horiguchi, K. Yano, SI. Hashimoto, T. Kato, Y. Kato
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Issue: 4 Pages: e0196029-e0196029
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0196029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Repression of nitrogen-starvation responses by members of the Arabidopsis GARP-type transcription factor NIGT1/HRS1 subfamily. (2018)
  • Author(s): Kiba, T., Inaba, J., Kudo, T., Ueda, N., Konishi, M., Mitsuda, N, Takiguchi, Y., Kondou, Y., Yoshizumi, T., Ohme-Takagi, M., Matsui, M., Yano, K., Yanagisawa, S., and Sakakibara, H.
  • Journal Title: Plant Cell Volume: 30 Issue: 4 Pages: 925-945
  • DOI: 10.1105/tpc.17.00810
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TodoFirGene: Developing Transcriptome Resources for Genetic Analysis of Abies sachalinensis (2018)
  • Author(s): Ueno Saneyoshi、Nakamura Yukino、Kobayashi Masaaki、Terashima Shin、Ishizuka Wataru、Uchiyama Kentaro、Tsumura Yoshihiko、Yano Kentaro、Goto Susumu
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: in press Issue: 6 Pages: 1276-1284
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy058
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative transcriptome analysis reveals distinct ethylene?independent regulation of ripening in response to low temperature in kiwifruit (2018)
  • Author(s): Asiche William O.、Mitalo Oscar W.、Kasahara Yuka、Tosa Yasuaki、Mworia Eric G.、Owino Willis O.、Ushijima Koichiro、Nakano Ryohei、Yano Kentaro、Kubo Yasutaka
  • Journal Title: BMC Plant Biology Volume: 18 Issue: 1 Pages: 47-47
  • DOI: 10.1186/s12870-018-1264-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heap: a highly sensitive and accurate SNP detection tool for low-coverage high-throughput sequencing data (2017)
  • Author(s): Kobayashi Masaaki、Ohyanagi Hajime、Takanashi Hideki、Asano Satomi、Kudo Toru、Kajiya-Kanegae Hiromi、Nagano Atsushi J.、Tainaka Hitoshi、Tokunaga Tsuyoshi、Sazuka Takashi、Iwata Hiroyoshi、Tsutsumi Nobuhiro、Yano Kentaro
  • Journal Title: DNA Research Volume: 24 Issue: 4 Pages: 397-405
  • DOI: 10.1093/dnares/dsx012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] はじめに ―植物オミックス DB の動向と展開― (2019)
  • Author(s): 矢野健太郎
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会 データベース講習会
• [Presentation] TOMATOMICS: Integrated Web Database for Omics Data and Knowledge-Based Functional Annotation in Tomato (2019)
  • Author(s): Ohki Shun、Senbokuya Misao、Saito Misa、Kanno Maasa、Ohyanagi Hajime、Aoki Koh、Yano Kentaro
  • Organizer: Plant & Animal Genome XXVII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Update of the Omics Databases PODC and CATchUP, and Introduction of an Application CA Plot Viewer (2019)
  • Author(s): Koshimizu Shizuka、Nakamura Yukino、Saito Misa、Kanno Maasa、Nambara Eiji、Yano Kentaro
  • Organizer: Plant & Animal Genome XXVII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イネの胚乳と胚におけるトランスポゾンの発現動態 (2019)
  • Author(s): 永田博基、小野明美、福田友一、貴島祐治、矢野健太郎、木下哲
  • Organizer: 日本育種学会・第135回講演会
• [Presentation] NBRP トマト: 研究リソースの整備状況と利用成果 (2019)
  • Author(s): 篠崎良仁、星川健、伊藤直子、有泉亨、福田直也、金山喜則、久保康隆、矢野健太郎、青木考、江面浩
  • Organizer: 日本育種学会・第135回講演会
• [Presentation] Anthesis rate prediction of greenhouse tomatoes through metabolomics using Lasso regularized linear regression model (2019)
  • Author(s): Siriwach Ratklao、Matsuzaki Jun、Saito Jun、Sato Muneo、Sawada Yuji、Arita Masanori、Higashide Tadahisa、Yano Kentaro、Hirai Yokota Masami
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] データベース、PODCおよびCatchUPの更新情報 (2019)
  • Author(s): 越水静、中村幸乃、齋藤美沙、菅野真麻、南原英司、矢野健太郎
  • Organizer: 第60回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Plant Omics Databases: Plant Omics Data Center (PODC), CATchUP and TOMATOMICS (2018)
  • Author(s): Koshimizu Shizuka、Hisaoka Aria、Senbokuya Misao、Nakamura Yukino、Misa Saito、Kanno Maasa、Nambara Eiji、Ohyanagi Hajime、Aoki Koh、Yano Kentaro
  • Organizer: The 15th Solanaceae Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Statistical Analyses, Text-Mining and Web Databases for Plant Science (2018)
  • Author(s): Koshimizu Shizuka、Hisaoka Aria、Senbokuya Misao、Nakamura Yukino、Saito Misa、Kanno Maasa、Nambara Eiji、Ohyanagi Hajime、Aoki Koh、Yano Kentaro
  • Organizer: The PAG Asia Conference, Plant Omics Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] オミックス情報と知識情報の整備・融合による解析プラットフォームの開発 (2018)
  • Author(s): 矢野健太郎、菅野真麻、齋藤美沙、越水静、仙北谷海青、久岡亜梨亜、中村幸乃、小林正明、工藤徹、Shenton Matt、佐藤（早石）綾、大柳一
  • Organizer: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [Presentation] 植物オミック情報データベースPODC、TOMATOMICS、CatchUP の情報更新 (2018)
  • Author(s): 越水静、中村幸乃、工藤徹、齋藤美沙、菅野真麻、南原英司、矢野健太郎
  • Organizer: 日本育種学会・第134回講演会
• [Presentation] Phenomicsに適したQTL解析手法の提案：ソルガムRIL集団の葉形態を例に (2018)
  • Author(s): 坂本莉沙、藤本優、高梨秀樹、鐘ケ江弘美、野下浩司、小林正明、矢野健太郎、小童谷利恵、大西紀和、堤伸浩、坂本亘、岩田洋佳
  • Organizer: 日本育種学会・第134回講演会
• [Presentation] イネ胚乳におけるトランスポゾンの発現動態 (2018)
  • Author(s): 永田博基、小野明美、福田友一、貴島裕治、矢野健太郎、木下晢
  • Organizer: 第90回日本遺伝学会
• [Presentation] NLP を用いたトマトSolanum lycopersicum 文献におけるテキストマイニング結果の解析 (2018)
  • Author(s): 齋藤美沙、菅野真麻、仕田原容、矢野健太郎
  • Organizer: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [Presentation] 植物オミック情報データベースPODC、TOMATOMICS、CatchUP の情報更新 (2018)
  • Author(s): 越水静、中村幸乃、工藤徹、齋藤美沙、菅野真麻、青木考、南原英司、矢野健太郎
  • Organizer: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [Presentation] 自然言語処理とマニュアル・キュレーションの併用による高信頼度機能アノテーションの作成 (2018)
  • Author(s): 菅野真麻、齋藤美沙、仕田原容、矢野健太郎
  • Organizer: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [Presentation] イネ胚乳におけるトランスポゾンのトランスクリプトーム解析 (2018)
  • Author(s): 永田博基、小野明美、福田友一、貴島祐治、矢野健太郎、木下哲
  • Organizer: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [Presentation] 植物オミック情報データベースPODC (2018)
  • Author(s): 越水静、中村幸乃、工藤徹、齋藤美沙、菅野真麻、青木考、南原英司、矢野健太郎
  • Organizer: 第36回日本植物細胞分子生物学会（金沢）大会
• [Presentation] トマトモデル品種マイクロトムを基盤としたリソース整備 (2018)
  • Author(s): 星川健、伊藤直子、有泉亨、福田直也、久保康隆、金山喜則、矢野健太郎、青木考、江面浩
  • Organizer: 第36回日本植物細胞分子生物学会（金沢）大会
• [Presentation] イネ胚乳におけるトランスポゾンの発現ダイナミクス (2018)
  • Author(s): 永田博基、小野明美、福田友一、貴島祐治、矢野健太郎、木下哲
  • Organizer: 第12回日本エピジェネティクス研究会年会
• [Presentation] AP2-type transcription factor, OsASGR-BBML1, possibly contribute to early zygotic development in rice (2018)
  • Author(s): Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Ohnishi Y., Yano, K., Okamoto, T.
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Plant Omics Databases: Plant Omics Data Center (PODC) and TOMATOMICS (2018)
  • Author(s): Aria Hisaoka, Yukino Nakamura, Maasa Kanno, Misa Saito, Shenton Matthew, Toru Kudo, Hajime Ohyanagi, Kentaro Yano
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] ミズナとミブナ (Brassica rapa) に見られる葉形変異の遺伝学的背景と育種の歴史の解明 (2018)
  • Author(s): 川勝弥一, 坂本智昭, 中山北斗, 上ノ山華織, 五十嵐香理, 矢野健太郎, 久保中央, 木村成介
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Transcriptome analysis for Abies sachalinensis (2018)
  • Author(s): 上野真義, 中村幸乃, 小林正明, 石塚航, 内山憲太郎, 津村義彦, 矢野健太郎, 後藤晋
  • Organizer: 第129回日本森林学会大会
• [Presentation] Current status of bio-databases for plant and Solanaceae research (2017)
  • Author(s): Toru Kudo, Yukino Nakamura, Masaaki Kobayashi, Kentaro Yano
  • Organizer: 第14回日本ナス科コンソーシアム年会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Lage-Scale Analyses for Genome, Transcriptome and Knowledgeome in Plant Science (2017)
  • Author(s): Yukino Nakamura, Misa Saito, Maasa Kanno, Toru Kudo, Masaaki Kobayashi, Hajime Ohyanagi, Eiji Nambara, Kentaro Yano
  • Organizer: The PAG Asia Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Transcriptome Analysis on Growth Regulation in Dormant Organs of Arabidopsis. (2017)
  • Author(s): Eiji Nambara, Masato Otani, Dawei Yan, Yohei Sasaki, Kentaro Yano
  • Organizer: The PAG Asia Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Possible contribution of a paternally expressed AP2-type transcription factor to early zygotic development in rice. (2017)
  • Author(s): Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Ohnishi Y., Yano, K., Okamoto, T.
  • Organizer: Taiwan-Japan 2017 Plant Biology Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of leaf shape variation for Japanese traditional leafy vegetables Mizuna and Mibuna (cultivars of Brassica rapa subsp. nipposinica) by genetic analysis and survey of historical literature (2017)
  • Author(s): Yaichi Kawakatsu, Hokuto Nakayama, Kaori Kaminoyama, Kaori Igarashi, Kentaro Yano, Nakao Kubo, Seisuke Kimura
  • Organizer: Taiwan-Japan 2017 Plant Biology Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of saturated micro-tom mutant populations (2017)
  • Author(s): Ken Hoshikawa, Tohru Ariizumi, Naoya Fukuda, Kentaro Yano, Koh Aoki, Yoshinori Kanayama, Yasutaka Kubo, Hiroshi Ezura
  • Organizer: Solcuc2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of transcription factors which regulate expression of genes related to gaba accumulation in tomato fruits (2017)
  • Author(s): Tamaki Goto, Kana Uchida, Masaaki Kobayashi, Mariko Takayama, Kentaro Yano, Tohru Ariizumi, Hiroshi Ezura
  • Organizer: Solcuc2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Web databases for omics data with knowledge-based functional annotations in tomato (2017)
  • Author(s): Yukino Nakamura, Toru Kudo, Masaaki Kobayashi, Shin Terashima, Misa Saito, Maasa Kanno, Matthew Shenton, Eiji Nambara, Hajime Ohyanagi, Kentaro Yano
  • Organizer: Solcuc2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of imbalanced parental genome ratio on zygotic development and possible function of genes expressing in zygotes with paternal allele-specific manner. (2017)
  • Author(s): Toda, E., Kobayashi, M., Ohnishi Y., Yano, K., Okamoto, T.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conference on Plant Cell and Developmental Biology
• [Presentation] ニホンナシ網羅的トランスクリプトーム配列決定とWebデータベースの構築 (2017)
  • Author(s): 中村幸乃, 小林正明, 西谷千佳子, 山本俊哉, 矢野健太郎
  • Organizer: 日本育種学会・第132回講演会
• [Presentation] WebデータベースTOMATOMICS、PODC、CatchUP、PlantExpressのアップデート (2017)
  • Author(s): 工藤徹, 小林正明, 中村幸乃, 齋藤美沙, 菅野真麻, 青木考, 矢野健太郎
  • Organizer: 日本育種学会・第132回講演会
• [Presentation] イネ受精卵初期発生における父性鍵因子の探索および解析 (2017)
  • Author(s): 岩見百華, 戸田絵梨佳, 小林正明, 高原美嶺, 大西由之佑, 関本弘之, 矢野健太郎, 岡本龍史
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] ミズナとミブナ (Brassica rapa) に見られる葉形変異の遺伝学的背景と育種の歴史の解明 (2017)
  • Author(s): 川勝弥一, 中山北斗, 上ノ山華織, 五十嵐香理, 矢野健太郎, 久保中央, 木村成介
  • Organizer: 日本植物形態学会第29回総会・大会
• [Presentation] ミズナとミブナ (Brassica rapa) に見られる葉形変異の遺伝学的背景と育種の歴史の解明 (2017)
  • Author(s): 川勝弥一, 中山北斗, 上ノ山華織, 五十嵐香理, 矢野健太郎, 久保中央, 木村成介
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
• [Presentation] 時空間特異的発現遺伝子の網羅的探索およびWebデータベース・CATchUPの構築 (2017)
  • Author(s): 中村幸乃, 工藤徹, 寺島伸, 齋藤美沙, 南原英司, 矢野健太郎
  • Organizer: 第35回日本植物細胞分子生物学会
• [Presentation] PlantExpress: 植物のマイクロアレイデータを用いた遺伝子発現ネットワークの種間比較解析のためのWebデータベース・解析ツール (2017)
  • Author(s): 工藤徹, 寺島伸, 齋藤美沙, 菅野真麻, 矢野健太郎
  • Organizer: 第35回日本植物細胞分子生物学会
• [Book] Practical Utilization of OryzaExpress and Plant Omics Data Center Databases to Explore Gene Expression Networks in Oryza Sativa and Other Plant Species. Plant Genomics Databases. Editors: van Dijk, Aalt-Jan (2017)
  • Author(s): Toru Kudo, Shin Terashima, Yuno Takaki, Yukino Nakamura, Masaaki Kobayashi and Kentaro Yano
  • Total Pages: 336
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9781493966585
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://bioinf.mind.meiji.ac.jp/lab/
• [Remarks] CATchUP
  • URL: http://plantomics.mind.meiji.ac.jp/CATchUP/
• [Remarks] PlantExpress
  • URL: http://plantomics.mind.meiji.ac.jp/PlantExpress/
• [Remarks] PODC
  • URL: http://bioinf.mind.meiji.ac.jp/podc/
• [Remarks] 明治大学農学部バイオインフォマティクス研究室ホームページ
  • URL: http://bioinf.mind.meiji.ac.jp/lab/