Omics analysis for cultivation and useful metabolite biosynthesis of dinoflagellates based on the improvement of gene functional annotation

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07148
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: 櫻井 哲也 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 准教授 (90415167)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ゲノム / トランスクリプトーム / 遺伝子機能

Outline of Annual Research Achievements

昨年度の研究成果により、渦鞭毛藻アンフィディニウム属およびシンビオディニウム属の研究対象生物種がAmphidinium gibbosumとSymbiodinium voratumであると推定することができた。課題提案時に触れたように対象生物種の2種の渦鞭毛藻アンフィディニウム属とシンビオディニウム属は、核ゲノムサイズが数十億塩基と巨大であることが報告されているため、核ゲノムの全塩基配列決定ではなく、メッセンジャーRNAのコレクション及びその塩基配列決定を行うことで、遺伝子概観を獲得する戦略をとった。各々の渦鞭毛藻について、4種類の生育環境下での静置培養を行い、RNA配列決定（RNA-seq）を実施するためのRNAを各条件下で培養した藻体から独立に抽出した。昨年度にRNA抽出は行ったが、培養条件の統一に疑念が生じたため、再実験を行った。計画上のすべてのサンプルを対象とした実験はデータが揃い次第実施するが、事前実験として、各渦鞭毛ともに一部のRNA-seqデータを使用したde novoトランスクリプトームアセンブリを構築した。その結果、各々およそ12万個と9万個の連結配列（コンティグ）を得た。各渦鞭毛藻について、遺伝子概観を獲得するための予備的な実験として、獲得した連結配列群に対して、タンパク質コード領域を有無の確認、および各々の遺伝子について機能注釈付けを行った。遺伝子機能の注釈付けについては、既知のタンパク質アミノ酸配列データとの配列類似性検索を行うことによる対応付けおよび、タンパク質ドメインの検索による機能分類を試行した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

計画では主たる研究対象生物のゲノム情報基盤の整備および基本的な遺伝子機能注釈による遺伝子概観の獲得を目標としたが、配列解析に用いるための十分量の塩基配列データを得ていない。各生育環境下の藻体から精製したRNAの塩基配列決定は海外に拠点を有する受託業者へアウトソースにて実施する予定であったが、昨今の新型コロナウイルス感染症の世界的な蔓延からサンプル調達の遅れ、受託解析の発注を見合わせたため。

Strategy for Future Research Activity

遅延した各種RNAサンプルの塩基配列決定を実施し、その後は研究計画に則り、研究対象生物である渦鞭毛藻Amphidinium gibbosumとSymbiodinium voratumのサンプル品質の確認、生育環境間における遺伝子発現レベルの差異の把握を行い、下流工程の解析を進める。

Causes of Carryover

塩基配列決定業務の発注先の情勢不安から発注を見合わせたことと、研究対象生物である渦鞭毛藻Amphidinium gibbosumとSymbiodinium voratumは、染色体は細胞周期を通じて常に凝集したままであり、クロマチン構造も他の多くの真核生物とは異なることが知られていることから、全量RNA精製等の実験プロセスを一部の処理区の渦鞭毛藻藻体に対してのみ実施したことが理由といえる。
実施した塩基配列決定で得られた配列データから、下流の実験プロセスでの不具合は生じないことが確認できたため、計画通りの実験を速やかに実施する。