ゼニゴケゲノムDBの拡張開発と仮想化技術を応用した高可搬性ゲノムDBの開発

• 研究課題/領域番号: 20K15783
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分43060:システムゲノム科学関連
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 谷澤 靖洋 国立遺伝学研究所, 情報研究系, 助教 (90836511)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ゼニゴケ / ゲノム / データベース

研究開始時の研究の概要

モデル植物としての利用が広まっているゼニゴケのゲノム情報を研究コミュニティに提供するためゼニゴケゲノムデータベース MarpolBase の拡張開発を行い、特にオルソログ遺伝子情報による遺伝子絞り込み機能や遺伝子発現情報による検索機能等の新規機能の開発を行う。また、MarpolBase で開発された主要機能の一部を流用しコンテナ仮想化技術等を応 用することで、汎用的なゲノムデー タベースを簡便に構築できる「高可搬型ゲノムデータベース」を開発する。

研究実績の概要

本研究では、次世代モデル生物として注目を集めるゼニゴケ Marchantia polymorphaの正確かつ充実したゲノム情報を研究コミュニティに提供するためのゲノムデータベースMarpolBase (https://marchantia.info) の開発を行っている。また、その主要機能の一部をベースとしコンテナ仮想化技術等を応用することで、様々な生物のゲノムデータベースを簡便に構築できるプラットフォームの開発を行っている。
令和5年度では、PacBio HiFi Sequencingを用いて取得した高精度リード配列をアセンブルすることで、雌雄の標準株Tak-1株およびTak-2株のゲノム配列を構築した。新たに決定されたゲノム配列は、雌雄のそれぞれ１ヶ所に塩基配列を決定できなかったギャップ領域を含んでいるが、性染色体を含むすべての染色体について染色体末端にテロメアまたはrDNAクラスタが確認できたことからほぼ完全長のゲノム配列を決定することができた。ゲノム配列に対し遺伝子注釈情報を付与し、参照ゲノム配列ver. 7.1としてMarpolBaseから公開を行った他、DDBJを通して国際塩基配列データベースにも登録を行なっている。ゲノム配列の構築に関しては、台湾・日本の合同国際シンポジウム (TJPB2023, 10月) および同時に開催されたゼニゴケワークショップにおいてそれぞれポスター・口頭発表を行なった。
また、フランスの研究グループによるパンゲノム解析に協力し、解析に用いたゼニゴケ約130系統の変異情報を可視化するためのゲノムブラウザおよびデータダウンロードサイトをMarpolBase内に設置した。パンゲノム解析に関しては現在論文が査読中となっている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

令和5年度においてはPacBio HiFi Sequencingを用いた高精度参照ゲノム配列の構築とそのデータ公開を行なった。これは当初の研究計画には含まれていなかったが、塩基解読費用の低廉化により可能となったものである。そのため、１年間の研究機関の延長を申請した。

今後の研究の推進方策

令和４年度に公開されたゼニゴケ発現量データベースMarpolBase Expression (MBEX, https://marchantia.info/mbex/) について新参照ゲノム配列を用いてデータの再解析を行い、その完了を待って参照ゲノム配列およびデータベースに関する論文を投稿する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Universite de Toulouse/University of Cambridge/University of Zurich(フランス)
• [雑誌論文] 特集/コケ植物:遺伝子資源と機能応用「ゲノム情報とデータベースの利用」 (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷澤靖洋
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 7(3) ページ: 8-11
• [雑誌論文] MarpolBase Expression: A Web-Based, Comprehensive Platform for Visualization and Analysis of Transcriptomes in the Liverwort <i>Marchantia polymorpha</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Shogo、Romani Facundo、Yagura Masaru、Mochizuki Takako、Sakamoto Mika、Yamaoka Shohei、Nishihama Ryuichi、Nakamura Yasukazu、Yamato Katsuyuki T、Bowman John L、Kohchi Takayuki、Tanizawa Yasuhiro
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63 号: 11 ページ: 1745-1755
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Renaissance and Enlightenment of Marchantia as a model system (2022)
  • 著者名/発表者名: Bowman, J.L., Berger,F., Briginshaw, L.N., Davies, K.M., Dierschke, T., Dolan,L., Fisher, T.J., Flores-Sandoval,E., Futagami,K., Ishizaki, K., Kato, H., Kohchi, T., Levins, J., Lin, S-S., Nishihama, R., Romani, R., Tanizawa, Y., Tsuzuki, M., Watanabe,Y., Yamato, K.T., Zachgo, S.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 34 号: 10 ページ: 3512-3542
  • DOI: 10.1093/plcell/koac219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome evolution of a nonparasitic secondary heterotroph, the diatom <i>Nitzschia putrida</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Kamikawa R、Mochizuki T、Sakamoto M、Tanizawa Y、Nakayama T、Onuma R、Cenci U、Moog D、Speak S、Sarkozi K、Toseland A、van Oosterhout C、Oyama K、Kato M、Kume K、Kayama M、Azuma T、Ishii K、Miyashita H、Henrissat B、Lombard V、Win J、Kamoun S、Kashiyama Y、Mayama S、Miyagishima S、Tanifuji G、Mock T、Nakamura Y
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 17
  • DOI: 10.1126/sciadv.abi5075
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] High quality reference genome sequences of liverwort: Toward completion of the Marchantia Genome Project (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tanizawa, Shogo Kawamura, Takako Mochizuki, Mika Sakamoto, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Facundo Romani, John L. Bowman, Frederic Berger, Takayuki Kohchi, Yasukazu Nakamura
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2023 (TJPB 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] High quality reference genome sequences of liverwort: Toward completion of the Marchantia Genome Project (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tanizawa, Shogo Kawamura, Takako Mochizuki, Mika Sakamoto, Shohei Yamaoka, Ryuichi Nishihama, Facundo Romani, John L. Bowman, Frederic Berger, Takayuki Kohchi, Yasukazu Nakamura
  • 学会等名: 2023 Mini-symposium of Marchantia polymorpha
  • 国際学会
• [学会発表] Marpolbase: ゼニゴケのための遺伝子情報および発現量データベースの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷澤 靖洋, 川村 省吾, Romani Facundo, 矢倉 勝, 望月 孝子, 坂本 美佳, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 中村 保一, 大和 勝幸, Bowman John, 河内 孝之
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] MedakaBase：メダカの包括的かつよりユーザー志向なオミクスリソース提供をめざして (2022)
  • 著者名/発表者名: 矢倉 勝、安齋 賢、谷澤 靖洋、中村 保一、成瀬 清、工樂 樹洋
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Marpolbase: ゼニゴケのための遺伝子情報および発現量データベースの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 谷澤 靖洋, 川村 昇吾, 矢倉 勝, 坂本 美佳, 望月 孝子, 山岡 尚平, 西浜 竜一, 大和 勝幸, 河内 孝之, Liu, Chang, Berger, Frederic, 中村 保一
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会
• [備考] Preprint at BioRxiv for Marchantia pangenome study
  • URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.27.564390v1.full.pdf+html
• [備考] 光合成を止(や)めた藻類の100年の謎解く全ゲノム解読に成功
  • URL: https://www.nig.ac.jp/nig/ja/2022/05/research-highlights_ja/pr20220430.html