非モデル生物におけるゲノム解析法の確立

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Genetic bases for the evolution of complex adaptive traits
• Project/Area Number: 22128008
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 西山 智明 金沢大学, 学際科学実験センター, 助教 (50390688)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 重信 秀治 基礎生物学研究所, 生物機能解析センター, 特任准教授 (30399555) ; 門田 幸二 東京大学, 農学生命科学研究科, 特任准教授 (60392221)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: ゲノムアセンブリー / RNA-seq / 単分子シーケンサー

Outline of Annual Research Achievements

長距離のscaffolding をする10 kb 程度までのインサートメイトペアライブラリを実現した。これを用いた5種のゲノム解析においては、それぞれscaffold N50 1 Mb 以上 の高品質なアセンブリ結果を得た。PacBioライブラリについてもインサートサイズを大きくする事が重要になったが、自動核酸分離回収装置を利用した技術開発によって、インサート長10kb以上のシーケンスライブラリを安定して作製することができるようになり、安定して平均サブリード長6－8kbのPacBioシーケンシングが可能となった。
PacBioリードデータを用いたアセンブリについて、笠原らが開発したspraiを用いてPacBio リードを補正する方法により、バクテリアではほぼ染色体サイズのアセンブリが得られるようになった。真核生物のコモウセンゴケゲノム(0.3 Gb)においてもContig N50 80 kbに至っている。
また、PacBioを用いたゲノム解読では、必要なゲノムDNA量が10 μg以上と多いという問題があったが、全ゲノム増幅を行うことにより10 ng程度で解読する手法を実現した。大腸菌ゲノムを使った実験では、10 ngのゲノムを出発材料として、ゲノムアセンブリに成功した。
RNA-seqのde novoアセンブルで得られたコンティグから遺伝子モデルを構築しアノテーションを行なうパイプラインを構築した。さらにそのアノテーション情報をwebインターフェイスで閲覧・検索可能なサーバを構築するフレームワークを開発した。4種のRNA-seqデータに適用し、利用されている。このフレームワークは生物種を問わず利用可能であるが、昆虫向けにはFlyBaseとリンクするモジュールを組み込み、モデル昆虫ショウジョウバエの情報を有効活用できるようにした。
頑健な比較トランスクリプトーム解析パイプラインを実装したRパッケージTCC (ver. 1.2.0)をBioconductor上で公開した。また、解析可能な実験デザインの拡張（3, 4群間用まで対応）を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

多くの生物でMb級のscaffoldが得られ、Contig長としても100kbに迫っているのは画期的であり、さらに、多種のデータを効率的に閲覧するシステムを構築し、新規の発現量比較法を開発しているので、非モデル生物のゲノム解析の方法開発としてはおおむね順調である。

Strategy for Future Research Activity

微小な生物や微小組織しか得られない場合にも解析出来る技術開発をさらに進める。

Research Products

• [Journal Article] Sex chromosome turnover contributes to genomic divergence between incipient stickleback species. (2014)
  • Author(s): Yoshida, K., Makino, T., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., Hasebe, M., Kawata, M., Kume, M., Mori, S., Peichel, C.L., Toyoda, A., et al.
  • Journal Title: PLoS genetics Volume: 10 Pages: e1004223
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004223
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Comparison of gene expression of Paramecium bursaria with and without Chlorella variabilis symbionts (2014)
  • Author(s): Kodama, Y., Suzuki, H., Dohra, H., Sugii, M., Kitazume, T., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., and Fujishima, M.
  • Journal Title: BMC Genomics Volume: 15 Pages: 183
  • DOI: 10.1186/1471-2164-15-183
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TCC: an R package for comparing tag count data with robust normalization strategies. (2013)
  • Author(s): Sun, J., Nishiyama, T., Shimizu, K., and Kadota, K.
  • Journal Title: BMC Bioinformatics Volume: 14 Pages: 219
  • DOI: doi:10.1186/1471-2105-14-219
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Complete Genome Sequence of Burkholderia sp. Strain RPE64, Bacterial Symbiont of the Bean Bug Riptortus pedestris (2013)
  • Author(s): Shibata, T.F., Maeda, T., Nikoh, N., Yamaguchi, K., Oshima, K., Hattori, M., Nishiyama, T., Hasebe, M., Fukatsu, T., Kikuchi, Y., and Shigenobu, S.
  • Journal Title: Genome Announcements Volume: 1 Pages: e00441-13
  • DOI: 10.1128/genomeA.00441-13
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Too much love, a novel Kelch repeat-containing F-box protein, functions in the long-distance regulation of the legume-Rhizobium symbiosis (2013)
  • Author(s): Takahara, M., Magori, S., Soyano, T., Okamoto, S., Yoshida, C., Yano, K., Sato, S., Tabata, S., Yamaguchi, K., Shigenobu, S., et al
  • Journal Title: Plant Cell Physiol Volume: 54 Pages: 433-447
  • DOI: 10.1093/pcp/pct022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The draft genomes of soft-shell turtle and green sea turtle yield insights into the development and evolution of the turtle-specific body plan. (2013)
  • Author(s): Wang, Z., Pascual-Anaya, J., Zadissa, A., Li, W., Niimura, Y., Huang, Z., Li, C., White, S., Xiong, Z., Fang, D., et al.
  • Journal Title: Nature genetics Volume: 45 Pages: 701–706
  • DOI: 10.1038/ng.2615
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Construction and characterization of normalized cDNA libraries by 454 pyrosequencing and estimation of DNA methylation levels in three distantly related termite species. (2013)
  • Author(s): Hayashi, Y., Shigenobu, S., Watanabe, D., Toga, K., Saiki, R., Shimada, K., Bourguignon, T., Lo, N., Hojo, M., Maekawa, K., et al
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 8 Pages: e76678
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0076678
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 様々な実験デザインに対応した頑健なRNA-seq発現変動解析パイプラインTCCの開発 (2013)
  • Author(s): 孫建強, 西山智明, 清水謙多郎, 門田幸二
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2013-12-03 – 2013-12-06
• [Presentation] ゲノムに刻まれた食虫植物の進化 (2013)
  • Author(s): (12)福島健児, Likai Mao, 今井飛将, 西山智明, 野澤昌文, 住川直美, 笠原雅弘, 柴田朋子, 重信秀治, Xiaodong Fang, 長谷部光泰
  • Organizer: NGS現場の会第三回研究会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2013-09-04 – 2013-09-05
• [Presentation] 第二世代シークエンサーによる高密度の遺伝学的地図作成法 ヒメツリガネゴケへの適用例 (2013)
  • Author(s): 鎌田寛彬, 笠原雅弘, 長谷部光泰, 西山智明
  • Organizer: NGS現場の会第三回研究会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2013-09-04 – 2013-09-05
• [Presentation] 1分子シークエンサーを用いた非モデル生物の de novo ゲノム解析の現状 (2013)
  • Author(s): 柴田朋子, 西山智明, 重信秀治, 長谷部光泰
  • Organizer: NGS現場の会第三回研究会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2013-09-04 – 2013-09-05
• [Presentation] TCC: 頑健な正規化法を実装した発現変動解析用 R パッケージ (2013)
  • Author(s): 孫建強, 西山智明, 清水謙多郎, 門田幸二
  • Organizer: NGS現場の会第三回研究会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2013-09-04 – 2013-09-05
• [Remarks] HOWTO
  • URL: http://koke.asrc.kanazawa-u.ac.jp/HOWTO/
• [Remarks] (Rで)塩基配列解析
  • URL: http://www.iu.a.u-tokyo.ac.jp/~kadota/r_seq.html