2019 Fiscal Year Annual Research Report

Comprehensive analysis of the role of horizontal gene transfer in prokaryotic genome evolution based on comparative genome analysis

Research Project

Project/Area Number	17H03610
Research Institution	National Institute for Basic Biology
Principal Investigator	内山郁夫基礎生物学研究所, ゲノム情報研究室, 助教 (90243089)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	水平遺伝子移動 / 微生物ゲノム / ゲノム進化 / ゲノミックアイランド
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、原核生物における水平遺伝子移動(HGT)によるゲノム進化の全体像を解明することを目標として、研究代表者らが構築している微生物比較ゲノムデータベースMBGDを活用して、特に種内で保存されていない「非コア遺伝子」に着目した解析を行う。これまでに、非コア領域における遺伝子の並び順の保存性に基づいてゲノミックアイランド(GI)の抽出を行うプログラムFindIslandの開発と、種パンゲノムを入力とした階層的なオーソログ解析手法により、種をまたがって保存されている非コア遺伝子の抽出方法の開発などを進めてきた。今年度は、まずFindIslandをMBGDに6株以上のゲノムが登録された143種(計3077株)の微生物パンゲノムデータに適用した。平均的にはパンゲノムの16%程度がGIを形成していたが、パンゲノムサイズが大きな種では20-30%に達していた。推定結果を評価するため、従来用いられているk-mer組成に基づく指標と、および配列類似性に基づく指標を計算した。前者はベイズ分類器に基づくPSTk-Classifierを改変したものを、後者は配列類似性検索結果から、同一種に対するヒットを除いた上位のヒットの系統群が、自身の系統群と比べてタキソノミーツリー上で離れているかどうかで評価した。また、ファージ,IS、ICEなどの可動遺伝因子(MGE)を既存データベースやツールを用いて網羅的に同定し、その結果も併せて評価に用いた。これらの結果から、本研究で抽出されたGIは、多くがk-mer組成や配列類似性の点で異常を示し、塩基組成などに基づく既存の推定プログラムとも結果がよく一致することが示された。また、特に株によってゲノム上の位置が異なる「可動性」をもつGIは、ファージなど既知MGEを含むケースが多かった。これらの結果はMySQLデータベースに格納し、MBGDと併せて検索できるようにした。
Research Progress Status	令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
Remarks	MBGDは、本研究の基盤となっており、本成果もその中に統合する形で開発している。将来的に上記URLから公開する予定。