2012 Fiscal Year Research-status Report
遺伝子共発現ネットワーク解析を用いたイソフラボノイド生合成関連転写因子の機能解析
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23510272
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| Research Institution | Kazusa DNA Research Institute |
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Principal Investigator |
鈴木 秀幸 公益財団法人かずさＤＮＡ研究所, 産業基盤開発研究部, 主席研究員 (80276162)
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| Keywords | 次世代シークエンサー / EST解析 / DNAマイクロアレイ / 遺伝子共発現ネットワーク / 転写因子 / アヤメ科植物 / イソフラボノイド生合成 / 不定根培養 |
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| Research Abstract |
本研究では、シロイヌナズナの二次代謝生合成と転写因子の基盤研究から得られた知見を基に、シロイヌナズナには存在しないイソフラボノイド経路を有する実用植物を材料とし、DNAアレイによる遺伝子共発現ネットワーク手法を用いて、イソフラボノイド生合成に関与する転写因子の単離と機能解析を行う。実用植物における二次代謝産物の遺伝子機能解析を効率化する手法としてネットワーク解析の有益性を実証し、新しい研究手法の道筋を示す。
イソフラボン配糖体を高蓄積するジャーマンアイリス（Iris germanica）の培養不定根を用いた次世代シークエンスデータ（イルミナ社Hiseq1000によるRNA-Seq解析）から、Agilent社のフリーソフトeArray7を用いてDNAマイクロアレイをデザインし構築した。ジャーマンアイリスの不定根は固体培地から液体培地に移植するとイソフラボノイド生合成が活性化されることが明らかにされている。イソフラボノイド生合成に関与する転写因子の単離を目的として、移植後の時系列培養細胞（0日、1日、2日、3日、4日、5日、6日、7日、14日、21日、28日）から、それぞれ全RNAを調整した。作成したDNAマイクロアレイを用いて、
3反復によるジャーマンアイリスの培養細胞で時系列遺伝子発現解析を実施した。ネットワークの描画トポロジーに注目して相関係数の閾値を自動的に決定する金平糖アルゴリズムを適用し共発現遺伝子群を選出した。現在、更なる遺伝子発現解析中である。
本研究での金平糖アルゴリズムを用いた共発現遺伝子を効率的に行う且つ、ユーザーフレンドリーなツールに改良するために、金平糖JAVA ネットワーク解析ソフトの改良し、金平糖JAVA-GUI解析ソフトを開発した。現在、遺伝子共発現遺伝子用の詳細な条件検討を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
予定通り、次世代シークエンスデータを用いて、アイリス属植物のDNAマイクロアレイの設計を完了し、作成したDNAマイクロアレイを用いて、ジャーマンアイリスの培養細胞で時系列遺伝子発現解析を実施した。金平糖アルゴリズムを用いた共発現遺伝子を行うためのデータの前処理に時間が掛かった事により、現時点で、得られたモジュールに含まれるイソフラボノイド生合成関連酵素遺伝子群に対する制御因子の候補を選抜し、遺伝子の単離段階まで、研究が進捗していない。しかし、金平糖アルゴリズムを用いた共発現遺伝子を効率的に行う且つ、ユーザーフレンドリーなツールに改良するために、金平糖JAVA ネットワーク解析ソフトの改良し、金平糖JAVA-GUI解析ソフトを開発した。これにより、今後の解析が順調に進むことが期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の今後の推進方策について、ジャーマンアイリスの培養細胞で時系列遺伝子発現解析に関して、金平糖アルゴリズムによる遺伝子共発現ネットワーク解析を重点的に行う。イソフラボノイド生合成遺伝子群のモジュール候補選抜を行う。イソフラボノイド生合成遺伝子群のモジュール候補に転写因子が含まれない場合には、金平糖アルゴリズムによるコアの遺伝子の数の変更などの若干のパラメータの調整を行う。アノテーションの不完全な遺伝子に関しては、シロイヌナズナやイネのGO(Gene Ontology)解析と比較しながら行う。また、アイリス属の転写因子リストもGOベースで再リスト化を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
独自に設計したアヤメ科Iris属植物のDNAマイクロアレイ実験結果を用いた金平糖アルゴリズムによる遺伝子共発現ネットワーク解析を継続する。イソフラボノイド生合成遺伝子群のモジュール候補選抜を行う。得られたモジュールに含まれるイソフラボノイド生合成関連酵素遺伝子群に対する制御因子の候補を単離し、機能解析のため、形質転換植物系が確立されているマメ科植物ミヤコグサ（イソフラボノイド含有植物）に導入する。
形質転換ミヤコグサの機能解析に関しては、イソフラボノイド代謝物の一斉分析が可能なLC/MS を用いて、得られた植物体のイソフラボノイド含有量と組成を明らかにする。
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