MAFFT多重配列アラインメントプログラムの機能拡張

• 研究課題/領域番号: 20K06767
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分45020:進化生物学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 加藤 和貴 大阪大学, 微生物病研究所, 准教授 (70378868)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 配列アラインメント / ゲノム比較 / 文字列の比較 / データベース / 正の淘汰 / 多重配列アラインメント / 分子進化 / ロングリードシークエンサ / 巨大アラインメント / 新型シークエンサー / ウイルスゲノム

研究開始時の研究の概要

DNAやタンパク質の一次配列上で由来を同じくする部分を推定することを配列アラインメントという。多数本の配列アライメントを多重配列アラインメントという。これは進化解析や機能解析の基礎となる技術であり、申請者の開発したMAFFTプログラムが現在広く普及している。実際に役立っている例として、ヒトに感染する新型コロナウイルスがどの動物に由来したかを調べる時にもMAFFTプログラムが用いられている。本研究ではこのプログラムを継続的に開発する。

研究実績の概要

昨年度までに開発した方法およびそれらに変更を加えたバージョンを以下の解析に適用した。
* ミーニョ大学 (ポルトガル) Joao Fontes博士、Filipe Costa教授、Pedro Soares教授による、魚類の (e)DNA metabarcoding においてよく使われるマーカーやアンプリコンの検出力を比較する研究のために、昨年度SARS-CoV-2のゲノム解析のために用意したオプションに変更を加えて提供した (投稿準備中)。
* ハーバード大学 (米国) Scott Edwards教授による絶滅種モアとシギダチョウの比較解析のために、染色体全体程度の長さの配列のグローバルアラインメントの計算を支援した (投稿準備中)。昨年度までに lamassemble (Frith et al 2021) のために実装した、外部的に計算したペアワイズアラインメントの断片をつなぎ合わせるオプションを、この目的のために再利用した。
* 既存の多重配列アラインメントにショートリードをアラインするために、既存のオプションに細かい修正を加え、オタワ大学 (カナダ) Kevin Moran博士による双翅目の系統ゲノミクス的解析を支援した。
* 一般的な文字列のアラインメントを計算するオプションを実装し、生物学を離れた応用を試みた。ボードゲームを用いた行動学的分析における差し手の比較や、音声ファイルの比較といった異なる目的のために必要な変更を行った。
* 大阪大学微生物病研究所の迫口瑛史博士、岩永史朗教授による、マラリア原虫の持つRIFIN遺伝子の系統樹の推定、および、宿主の免疫を逃れる変異が正の選択を受けている可能性に関する解析を支援した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度は、現実の問題への適用を多く行った。行動分析など当初の意図と異なる方向への応用も試みた。

今後の研究の推進方策

より多くの現実の問題への適用を進める。同時に、タンパク質立体構造予測に役立てるためのアラインメント計算方法の調整なども試みる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Minho(ポルトガル)
• [国際共同研究] Harvard Univ(米国)
• [雑誌論文] An engineered ACE2 decoy neutralizes the SARS-CoV-2 Omicron variant and confers protection against infection in vivo (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikemura Nariko、Taminishi Shunta、Inaba Tohru、Arimori Takao、Motooka Daisuke、Katoh Kazutaka、Kirita Yuhei、Higuchi Yusuke、Li Songling、Suzuki Tatsuya、Itoh Yumi、Ozaki Yuki、Nakamura Shota、Matoba Satoaki、Standley Daron M.、Okamoto Toru、Takagi Junichi、Hoshino Atsushi
  • 雑誌名: Science Translational Medicine 巻: 14 号: 650
  • DOI: 10.1126/scitranslmed.abn7737
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The evolution of structural genomics (2022)
  • 著者名/発表者名: Standley Daron M.、Nakanishi Tokuichiro、Xu Zichang、Haruna Soichiro、Li Songling、Nazlica Sedat Aybars、Katoh Kazutaka
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 14 号: 6 ページ: 1247-1253
  • DOI: 10.1007/s12551-022-01031-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Amino Acid Specificity of Ancestral Aminoacyl-tRNA Synthetase Prior to the Last Universal Common Ancestor Commonote commonote (2022)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Ryutaro、Yokobori Shin-ichi、Sato Riku、Kumagawa Taimu、Nakagawa Mizuho、Katoh Kazutaka、Yamagishi Akihiko
  • 雑誌名: Journal of Molecular Evolution 巻: 90 号: 1 ページ: 73-94
  • DOI: 10.1007/s00239-021-10043-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Emerging SARS-CoV-2 variants follow a historical pattern recorded in outgroups infecting non-human hosts (2021)
  • 著者名/発表者名: Katoh Kazutaka、Standley Daron M.
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 号: 1 ページ: 1134-1134
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02663-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deciphering the origin of Aspergillus flavus NRRL21882, the active biocontrol agent of Afla‐Guard(R) (2021)
  • 著者名/発表者名: Chang P.‐K.、Chang T.D.、Katoh K.
  • 雑誌名: Letters in Applied Microbiology 巻: 722231 号: 5 ページ: 509-516
  • DOI: 10.1111/lam.13433
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Long-read Sequencing Identifies the Pathogenic Nucleotide Repeat Expansion in RFC1 in a Japanese Case of CANVAS (2020)
  • 著者名/発表者名: Haruko Nakamura, Hiroshi Doi, Satomi Mitsuhashi, Satoko Miyatake, Kazutaka Katoh, Martin C Frith, Tetsuya Asano, Yosuke Kudo, Takuya Ikeda, Shun Kubota, Misako Kunii, Yu Kitazawa, Mikiko Tada, Mitsuo Okamoto, Hideto Joki, Hideyuki Takeuchi, Naomichi Matsumoto, Fumiaki Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 65 号: 5 ページ: 475-480
  • DOI: 10.1038/s10038-020-0733-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A pipeline for complete characterization of complex germline rearrangements from long DNA reads (2020)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhashi Satomi、Ohori Sachiko、Katoh Kazutaka、Frith Martin C.、Matsumoto Naomichi
  • 雑誌名: Genome Medicine 巻: 12 号: 1 ページ: 67-67
  • DOI: 10.1186/s13073-020-00762-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-read DNA sequencing fully characterized chromothripsis in a patient with Langer?Giedion syndrome and Cornelia de Lange syndrome-4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Lei Ming、Liang Desheng、Yang Yifeng、Mitsuhashi Satomi、Katoh Kazutaka、Miyake Noriko、Frith Martin C.、Wu Lingqian、Matsumoto Naomichi
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: - 号: 8 ページ: 667-674
  • DOI: 10.1038/s10038-020-0754-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Flexible, Functional, and Familiar: Characteristics of SARS-CoV-2 Spike Protein Evolution (2020)
  • 著者名/発表者名: Saputri Dianita S.、Li Songling、van Eerden Floris J.、Rozewicki John、Xu Zichang、Ismanto Hendra S.、Davila Ana、Teraguchi Shunsuke、Katoh Kazutaka、Standley Daron M.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 11 ページ: 2112-2112
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.02112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] lamassemble: Multiple Alignment and Consensus Sequence of Long Reads (2020)
  • 著者名/発表者名: Frith Martin C.、Mitsuhashi Satomi、Katoh Kazutaka
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: 2231 ページ: 135-145
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1036-7_9
  • ISBN: 9781071610350, 9781071610367
• [雑誌論文] Analysis of Protein Intermolecular Interactions with MAFFT-DASH (2020)
  • 著者名/発表者名: Rozewicki John、Li Songling、Katoh Kazutaka、Standley Daron M.
  • 雑誌名: Multiple Sequence Alignment (Methods in Molecular Biology) 巻: 2232 ページ: 163-177
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1036-7_11
  • ISBN: 9781071610350, 9781071610367
• [学会発表] Off-plan use of technology (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Katoh
  • 学会等名: 日本進化学会第 24 回年会
  • 招待講演
• [学会発表] Multiple sequence alignments for predicting antigen-antibody interactions (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazutaka Katoh
  • 学会等名: Simons Institute Workshop "Computational Challenges in Very Large-Scale 'Omics'"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 抗原抗体複合体予測における多重配列アラインメントの利用について (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤和貴
  • 学会等名: 遺伝研研究会「生命科学を支える分子系統学」
  • 招待講演
• [図書] Multiple Sequence Alignment (Methods in Molecular Biology) (2021)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Kazutaka (Ed.)
  • 総ページ数: 321
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9781071610350
• [備考] MAFFT multiple sequence alginment program
  • URL: https://mafft.cbrc.jp/alignment/server/
• [備考] 多重配列アラインメント計算サービス
  • URL: https://mafft.cbrc.jp/alignment/server/