NGSデータからの相同組換え位置特定アルゴリズムの開発および遺伝情報との関連解析

• 研究課題/領域番号: 19H03206
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43050:ゲノム生物学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 伊藤 武彦 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (90501106)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: ゲノム情報解析 / 相同組換え / NGS / 相同組み換え / 相同組み替え

研究開始時の研究の概要

有性生殖において遺伝情報の担い手であるDNAを交換する相同組換えは、数多くの研究のターゲットとなってきたが、ゲノム中のどこで相同組換えを起こしているのか、塩基レベルで網羅的に知ることは非常に困難である。
そこで本提案では、新規ゲノム決定アルゴリズムを基盤とし、poolした配偶子のゲノムと親個体のゲノムのシークエンスデータから、減数分裂時の相同組換え位置を塩基レベルで網羅的に、頻度と合わせて導出する情報解析アルゴリズムを構築することを目指す。

研究成果の概要

本研究では、各種真核生物において相同組換えの位置を網羅的に特定し、その結果を基盤とした相同組換えに関する新たな研究展開を図ることを目的としている。この目的実現のため、Illumina pair-end, mate-pairリードおよびPacBio HiFiを入力とした相同組換え位置特定プログラムの開発を実施した。またこのプログラムを用いて、マウスF1 (B6 x CAST)およびイトマキヒトデのpoolされた精子のゲノムシークエンスデータを解析し、ゲノムワイドな組換え候補位置の抽出を行い、その頻度・分布などの解析を実施した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究を通じて開発されたプログラムの使用により、bulkで取られた精子などのシークエンスデータに基づいて比較的容易にゲノムワイドな組換え位置、頻度情報が得られることが期待される。ここ1-2年で同様な解析がSingle-Cellベースで行われている事例が報告されているが、そのような方法と比べて圧倒的に簡便かつ網羅性が高いデータが得られる。今後は、相同組換えに関与するタンパク質の局在情報などと合わせて解析にしていくことで、減数分裂時の組換えの理解が一層進むことが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Elucidation of the speciation history of three sister species of crown-of-thorns starfish (Acanthaster spp.) based on genomic analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Yuasa, Rei Kajitani, Yuta Nakamura, Kazuki Takahashi, Miki Okuno, Fumiya Kobayashi, Takahiro Shinoda, Atsushi Toyoda, Yutaka Suzuki, Nalinee Thongtham, Zac Forsman, Omri Bronstein, Davide Seveso, Enrico Montalbetti, Coralie Taquet, Gal Eyal, Nina Yasuda, Takehiko Itoh
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 28 号: 4
  • DOI: 10.1093/dnares/dsab012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MetaPlatanus: a metagenome assembler that combines long-range sequence links and species-specific features (2021)
  • 著者名/発表者名: Rei Kajitani, Hideki Noguchi, Yasuhiro Gotoh, Yoshitoshi Ogura, Dai Yoshimura, Miki Okuno, Atsushi Toyoda, Tomomi Kuwahara, Tetsuya Hayashi, Takehiko Itoh
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: 22 ページ: e130-e130
  • DOI: 10.1093/nar/gkab831
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of Sex Chromosome Evolution in the Clade Palaeognathae from Phased Genome Assembly (2021)
  • 著者名/発表者名: Okuno, M., Mizushima, S., Kuroiwa, A., and Itoh, T.
  • 雑誌名: Genome Biology and Evolution 巻: 13 号: 11
  • DOI: 10.1093/gbe/evab242
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Draft Genome Sequence of Naganishia liquefaciens Strain N6, Isolated from the Japan Trench (2020)
  • 著者名/発表者名: Han Yong-Woon、Kajitani Rei、Morimoto Hiroya、Palihati Maierdan、Kurokawa Yumiko、Ryusui Rie、Argunhan Bilge、Tsubouchi Hideo、Abe Fumiyoshi、Kajiwara Susumu、Iwasaki Hiroshi、Itoh Takehiko
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 9 号: 47
  • DOI: 10.1128/mra.00827-20
  • NAID: 120007124437
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Whole-genome sequencing and comparative analysis of Emu provides insights into sex chromosome evolution of the palaeognathae clade (2020)
  • 著者名/発表者名: 7.Miki Okuno, Rei Kajitani, Hiroyuki Tanaka, Shuhei Mizushima, Asato Kuroiwa, Takehiko Itoh
  • 学会等名: Plant and Animal Genome XXVIII Conference
  • 国際学会
• [学会発表] アゲハチョウ属5種の比較ゲノム解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山部貴央，小林史弥，梶谷嶺，伊藤武彦
  • 学会等名: 日本動物学会関東支部第72回大会