植物オミックス・知識情報の統合解析による新種誕生の機構解明とデータベース構築

• 研究領域: 植物新種誕生の原理―生殖過程の鍵と鍵穴の分子実態解明を通じて―
• 研究課題/領域番号: 17H05848
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 明治大学
• 研究代表者: 矢野 健太郎 明治大学, 農学部, 専任教授 (00446543)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: バイオインフォマティクス / ゲノム / トランスクリプトーム / 遺伝子発現ネットワーク / データベース / 自然言語処理 / 知識情報 / オミックス / オミックス・知識情報 / 植物 / オミックス情報

研究実績の概要

現在、多くのゲノム配列情報やRNA-Seqデータなどの大規模オミックス情報が公開データベースに蓄積している一方で、これらのビッグデータを活用した遺伝子探索ができない。この要因として以下の3点がある。(1)公開データベースに登録されているRNA-Seqデータには、実験条件の記述フォーマットに統一性がなく、mRNAサンプルの由来（器官・ステージなど）を容易に把握できない。その結果、大規模RNA-Seqデータを取得・解析しても、サンプル（葯、開花期など）における特異的発現遺伝子群などを探索できない。(2)従来の遺伝子発現データ解析法はピアソン相関係数の算出に基づくため膨大な計算コスト（計算機メモリーや計算時間など）を要し、大型計算機でも大規模情報を解析できない。(3)バイオインフォマティクスによる遺伝子探索では候補遺伝子数が数百個以上となることが多く、遺伝子機能アノテーション情報を併用した遺伝子選抜が望まれる。しかしアノテーション情報の大半が不明瞭な記述（Unknown Proteinなど）であり、十分に活用できない。
そこで、シロイヌナズナ、イネ、トマトなどの主要植物種を対象とし、各植物種の遺伝子発現ネットワーク（GEN）を構築し、種横断的に比較可能なシステムを構築した。RNA-Seqデータの実験条件（mRNAの由来、器官など）の把握を容易とするために、登録情報（実験条件）に対するマニュアル・キュレーションからオントロジーを付与し、網羅的なサンプル分類と比較解析を行った。また、学術論文テキスト情報を収集した後に、自然言語処理とマニュアル・キュレーションを実施し、遺伝子機能に関する高精度知識情報を集積し、システムに統合した。これらのオミックス・知識情報はデータベースPODCから公開するに至っている。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)
• [雑誌論文] Expression of genes from paternal alleles in rice zygotes and involvement of OsASGR-BBML1 in initiation of zygotic development (2019)
  • 著者名/発表者名: Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Koshimizu, S., Takahara, M., Iwami, M., Watanabe, Y., Sekimoto, H., Yano, K., Okamoto, T.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 60 号: 4 ページ: 725-737
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional screening of salt tolerance genes from a halophyte Sporobolus virginicus and transcriptomic and metabolomic analysis of salt tolerant plants expressing glycine-rich RNA-binding protein (2019)
  • 著者名/発表者名: Tada Yuichi、Kawano Ryuichi、Komatsubara Shiho、Nishimura Hideki、Katsuhara Maki、Ozaki Soichi、Terashima Shin、Yano Kentaro、Endo Chisato、Sato Muneo、Okamoto Mami、Sawada Yuji、Hirai Masami Yokota、Kurusu Takamitsu
  • 雑誌名: Plant Science 巻: 278 ページ: 54-63
  • DOI: 10.1016/j.plantsci.2018.10.019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repeated inversions within a pannier intron drive diversification of intraspecific colour patterns of ladybird beetles (2018)
  • 著者名/発表者名: Ando Toshiya、Matsuda Takeshi、Goto Kumiko、Hara Kimiko、Ito Akinori、Hirata Junya、Yatomi Joichiro、Kajitani Rei、Okuno Miki、Yamaguchi Katsushi、Kobayashi Masaaki、Takano Tomoyuki、Minakuchi Yohei、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Yano Kentaro、Itoh Takehiko、Shigenobu Shuji、Toyoda Atsushi、Niimi Teruyuki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 3843-3843
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06116-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Differentiation capacities of PS-clusters, adult pituitary stem/progenitor cell clusters located in the parenchymal-niche, of the rat anterior lobe (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yoshida, N. Nishimura, H. Yurino, M. Kobayashi, K. Horiguchi, K. Yano, SI. Hashimoto, T. Kato, Y. Kato
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 4 ページ: e0196029-e0196029
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0196029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repression of nitrogen-starvation responses by members of the Arabidopsis GARP-type transcription factor NIGT1/HRS1 subfamily. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kiba, T., Inaba, J., Kudo, T., Ueda, N., Konishi, M., Mitsuda, N, Takiguchi, Y., Kondou, Y., Yoshizumi, T., Ohme-Takagi, M., Matsui, M., Yano, K., Yanagisawa, S., and Sakakibara, H.
  • 雑誌名: Plant Cell 巻: 30 号: 4 ページ: 925-945
  • DOI: 10.1105/tpc.17.00810
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TodoFirGene: Developing Transcriptome Resources for Genetic Analysis of Abies sachalinensis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueno Saneyoshi、Nakamura Yukino、Kobayashi Masaaki、Terashima Shin、Ishizuka Wataru、Uchiyama Kentaro、Tsumura Yoshihiko、Yano Kentaro、Goto Susumu
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: in press 号: 6 ページ: 1276-1284
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative transcriptome analysis reveals distinct ethylene?independent regulation of ripening in response to low temperature in kiwifruit (2018)
  • 著者名/発表者名: Asiche William O.、Mitalo Oscar W.、Kasahara Yuka、Tosa Yasuaki、Mworia Eric G.、Owino Willis O.、Ushijima Koichiro、Nakano Ryohei、Yano Kentaro、Kubo Yasutaka
  • 雑誌名: BMC Plant Biology 巻: 18 号: 1 ページ: 47-47
  • DOI: 10.1186/s12870-018-1264-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heap: a highly sensitive and accurate SNP detection tool for low-coverage high-throughput sequencing data (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Masaaki、Ohyanagi Hajime、Takanashi Hideki、Asano Satomi、Kudo Toru、Kajiya-Kanegae Hiromi、Nagano Atsushi J.、Tainaka Hitoshi、Tokunaga Tsuyoshi、Sazuka Takashi、Iwata Hiroyoshi、Tsutsumi Nobuhiro、Yano Kentaro
  • 雑誌名: DNA Research 巻: 24 号: 4 ページ: 397-405
  • DOI: 10.1093/dnares/dsx012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] はじめに ―植物オミックス DB の動向と展開― (2019)
  • 著者名/発表者名: 矢野健太郎
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会 データベース講習会
• [学会発表] TOMATOMICS: Integrated Web Database for Omics Data and Knowledge-Based Functional Annotation in Tomato (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohki Shun、Senbokuya Misao、Saito Misa、Kanno Maasa、Ohyanagi Hajime、Aoki Koh、Yano Kentaro
  • 学会等名: Plant & Animal Genome XXVII
  • 国際学会
• [学会発表] Update of the Omics Databases PODC and CATchUP, and Introduction of an Application CA Plot Viewer (2019)
  • 著者名/発表者名: Koshimizu Shizuka、Nakamura Yukino、Saito Misa、Kanno Maasa、Nambara Eiji、Yano Kentaro
  • 学会等名: Plant & Animal Genome XXVII
  • 国際学会
• [学会発表] イネの胚乳と胚におけるトランスポゾンの発現動態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 永田博基、小野明美、福田友一、貴島祐治、矢野健太郎、木下哲
  • 学会等名: 日本育種学会・第135回講演会
• [学会発表] NBRP トマト: 研究リソースの整備状況と利用成果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 篠崎良仁、星川健、伊藤直子、有泉亨、福田直也、金山喜則、久保康隆、矢野健太郎、青木考、江面浩
  • 学会等名: 日本育種学会・第135回講演会
• [学会発表] Anthesis rate prediction of greenhouse tomatoes through metabolomics using Lasso regularized linear regression model (2019)
  • 著者名/発表者名: Siriwach Ratklao、Matsuzaki Jun、Saito Jun、Sato Muneo、Sawada Yuji、Arita Masanori、Higashide Tadahisa、Yano Kentaro、Hirai Yokota Masami
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] データベース、PODCおよびCatchUPの更新情報 (2019)
  • 著者名/発表者名: 越水静、中村幸乃、齋藤美沙、菅野真麻、南原英司、矢野健太郎
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Plant Omics Databases: Plant Omics Data Center (PODC), CATchUP and TOMATOMICS (2018)
  • 著者名/発表者名: Koshimizu Shizuka、Hisaoka Aria、Senbokuya Misao、Nakamura Yukino、Misa Saito、Kanno Maasa、Nambara Eiji、Ohyanagi Hajime、Aoki Koh、Yano Kentaro
  • 学会等名: The 15th Solanaceae Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Statistical Analyses, Text-Mining and Web Databases for Plant Science (2018)
  • 著者名/発表者名: Koshimizu Shizuka、Hisaoka Aria、Senbokuya Misao、Nakamura Yukino、Saito Misa、Kanno Maasa、Nambara Eiji、Ohyanagi Hajime、Aoki Koh、Yano Kentaro
  • 学会等名: The PAG Asia Conference, Plant Omics Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オミックス情報と知識情報の整備・融合による解析プラットフォームの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 矢野健太郎、菅野真麻、齋藤美沙、越水静、仙北谷海青、久岡亜梨亜、中村幸乃、小林正明、工藤徹、Shenton Matt、佐藤（早石）綾、大柳一
  • 学会等名: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [学会発表] 植物オミック情報データベースPODC、TOMATOMICS、CatchUP の情報更新 (2018)
  • 著者名/発表者名: 越水静、中村幸乃、工藤徹、齋藤美沙、菅野真麻、南原英司、矢野健太郎
  • 学会等名: 日本育種学会・第134回講演会
• [学会発表] Phenomicsに適したQTL解析手法の提案：ソルガムRIL集団の葉形態を例に (2018)
  • 著者名/発表者名: 坂本莉沙、藤本優、高梨秀樹、鐘ケ江弘美、野下浩司、小林正明、矢野健太郎、小童谷利恵、大西紀和、堤伸浩、坂本亘、岩田洋佳
  • 学会等名: 日本育種学会・第134回講演会
• [学会発表] イネ胚乳におけるトランスポゾンの発現動態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永田博基、小野明美、福田友一、貴島裕治、矢野健太郎、木下晢
  • 学会等名: 第90回日本遺伝学会
• [学会発表] NLP を用いたトマトSolanum lycopersicum 文献におけるテキストマイニング結果の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤美沙、菅野真麻、仕田原容、矢野健太郎
  • 学会等名: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [学会発表] 植物オミック情報データベースPODC、TOMATOMICS、CatchUP の情報更新 (2018)
  • 著者名/発表者名: 越水静、中村幸乃、工藤徹、齋藤美沙、菅野真麻、青木考、南原英司、矢野健太郎
  • 学会等名: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [学会発表] 自然言語処理とマニュアル・キュレーションの併用による高信頼度機能アノテーションの作成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅野真麻、齋藤美沙、仕田原容、矢野健太郎
  • 学会等名: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [学会発表] イネ胚乳におけるトランスポゾンのトランスクリプトーム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永田博基、小野明美、福田友一、貴島祐治、矢野健太郎、木下哲
  • 学会等名: 第1回植物インフォマティクス研究会
• [学会発表] 植物オミック情報データベースPODC (2018)
  • 著者名/発表者名: 越水静、中村幸乃、工藤徹、齋藤美沙、菅野真麻、青木考、南原英司、矢野健太郎
  • 学会等名: 第36回日本植物細胞分子生物学会（金沢）大会
• [学会発表] トマトモデル品種マイクロトムを基盤としたリソース整備 (2018)
  • 著者名/発表者名: 星川健、伊藤直子、有泉亨、福田直也、久保康隆、金山喜則、矢野健太郎、青木考、江面浩
  • 学会等名: 第36回日本植物細胞分子生物学会（金沢）大会
• [学会発表] イネ胚乳におけるトランスポゾンの発現ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 永田博基、小野明美、福田友一、貴島祐治、矢野健太郎、木下哲
  • 学会等名: 第12回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] AP2-type transcription factor, OsASGR-BBML1, possibly contribute to early zygotic development in rice (2018)
  • 著者名/発表者名: Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Ohnishi Y., Yano, K., Okamoto, T.
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Plant Omics Databases: Plant Omics Data Center (PODC) and TOMATOMICS (2018)
  • 著者名/発表者名: Aria Hisaoka, Yukino Nakamura, Maasa Kanno, Misa Saito, Shenton Matthew, Toru Kudo, Hajime Ohyanagi, Kentaro Yano
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] ミズナとミブナ (Brassica rapa) に見られる葉形変異の遺伝学的背景と育種の歴史の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川勝弥一, 坂本智昭, 中山北斗, 上ノ山華織, 五十嵐香理, 矢野健太郎, 久保中央, 木村成介
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Transcriptome analysis for Abies sachalinensis (2018)
  • 著者名/発表者名: 上野真義, 中村幸乃, 小林正明, 石塚航, 内山憲太郎, 津村義彦, 矢野健太郎, 後藤晋
  • 学会等名: 第129回日本森林学会大会
• [学会発表] Current status of bio-databases for plant and Solanaceae research (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Kudo, Yukino Nakamura, Masaaki Kobayashi, Kentaro Yano
  • 学会等名: 第14回日本ナス科コンソーシアム年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lage-Scale Analyses for Genome, Transcriptome and Knowledgeome in Plant Science (2017)
  • 著者名/発表者名: Yukino Nakamura, Misa Saito, Maasa Kanno, Toru Kudo, Masaaki Kobayashi, Hajime Ohyanagi, Eiji Nambara, Kentaro Yano
  • 学会等名: The PAG Asia Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transcriptome Analysis on Growth Regulation in Dormant Organs of Arabidopsis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiji Nambara, Masato Otani, Dawei Yan, Yohei Sasaki, Kentaro Yano
  • 学会等名: The PAG Asia Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Possible contribution of a paternally expressed AP2-type transcription factor to early zygotic development in rice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Rahman, H., Toda, E., Kobayashi, M., Kudo, T., Ohnishi Y., Yano, K., Okamoto, T.
  • 学会等名: Taiwan-Japan 2017 Plant Biology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of leaf shape variation for Japanese traditional leafy vegetables Mizuna and Mibuna (cultivars of Brassica rapa subsp. nipposinica) by genetic analysis and survey of historical literature (2017)
  • 著者名/発表者名: Yaichi Kawakatsu, Hokuto Nakayama, Kaori Kaminoyama, Kaori Igarashi, Kentaro Yano, Nakao Kubo, Seisuke Kimura
  • 学会等名: Taiwan-Japan 2017 Plant Biology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Development of saturated micro-tom mutant populations (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken Hoshikawa, Tohru Ariizumi, Naoya Fukuda, Kentaro Yano, Koh Aoki, Yoshinori Kanayama, Yasutaka Kubo, Hiroshi Ezura
  • 学会等名: Solcuc2017
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of transcription factors which regulate expression of genes related to gaba accumulation in tomato fruits (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamaki Goto, Kana Uchida, Masaaki Kobayashi, Mariko Takayama, Kentaro Yano, Tohru Ariizumi, Hiroshi Ezura
  • 学会等名: Solcuc2017
  • 国際学会
• [学会発表] Web databases for omics data with knowledge-based functional annotations in tomato (2017)
  • 著者名/発表者名: Yukino Nakamura, Toru Kudo, Masaaki Kobayashi, Shin Terashima, Misa Saito, Maasa Kanno, Matthew Shenton, Eiji Nambara, Hajime Ohyanagi, Kentaro Yano
  • 学会等名: Solcuc2017
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of imbalanced parental genome ratio on zygotic development and possible function of genes expressing in zygotes with paternal allele-specific manner. (2017)
  • 著者名/発表者名: Toda, E., Kobayashi, M., Ohnishi Y., Yano, K., Okamoto, T.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference on Plant Cell and Developmental Biology
• [学会発表] ニホンナシ網羅的トランスクリプトーム配列決定とWebデータベースの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村幸乃, 小林正明, 西谷千佳子, 山本俊哉, 矢野健太郎
  • 学会等名: 日本育種学会・第132回講演会
• [学会発表] WebデータベースTOMATOMICS、PODC、CatchUP、PlantExpressのアップデート (2017)
  • 著者名/発表者名: 工藤徹, 小林正明, 中村幸乃, 齋藤美沙, 菅野真麻, 青木考, 矢野健太郎
  • 学会等名: 日本育種学会・第132回講演会
• [学会発表] イネ受精卵初期発生における父性鍵因子の探索および解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩見百華, 戸田絵梨佳, 小林正明, 高原美嶺, 大西由之佑, 関本弘之, 矢野健太郎, 岡本龍史
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] ミズナとミブナ (Brassica rapa) に見られる葉形変異の遺伝学的背景と育種の歴史の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川勝弥一, 中山北斗, 上ノ山華織, 五十嵐香理, 矢野健太郎, 久保中央, 木村成介
  • 学会等名: 日本植物形態学会第29回総会・大会
• [学会発表] ミズナとミブナ (Brassica rapa) に見られる葉形変異の遺伝学的背景と育種の歴史の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川勝弥一, 中山北斗, 上ノ山華織, 五十嵐香理, 矢野健太郎, 久保中央, 木村成介
  • 学会等名: 日本植物学会第81回大会
• [学会発表] 時空間特異的発現遺伝子の網羅的探索およびWebデータベース・CATchUPの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村幸乃, 工藤徹, 寺島伸, 齋藤美沙, 南原英司, 矢野健太郎
  • 学会等名: 第35回日本植物細胞分子生物学会
• [学会発表] PlantExpress: 植物のマイクロアレイデータを用いた遺伝子発現ネットワークの種間比較解析のためのWebデータベース・解析ツール (2017)
  • 著者名/発表者名: 工藤徹, 寺島伸, 齋藤美沙, 菅野真麻, 矢野健太郎
  • 学会等名: 第35回日本植物細胞分子生物学会
• [図書] Practical Utilization of OryzaExpress and Plant Omics Data Center Databases to Explore Gene Expression Networks in Oryza Sativa and Other Plant Species. Plant Genomics Databases. Editors: van Dijk, Aalt-Jan (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Kudo, Shin Terashima, Yuno Takaki, Yukino Nakamura, Masaaki Kobayashi and Kentaro Yano
  • 総ページ数: 336
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9781493966585
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://bioinf.mind.meiji.ac.jp/lab/
• [備考] CATchUP
  • URL: http://plantomics.mind.meiji.ac.jp/CATchUP/
• [備考] PlantExpress
  • URL: http://plantomics.mind.meiji.ac.jp/PlantExpress/
• [備考] PODC
  • URL: http://bioinf.mind.meiji.ac.jp/podc/
• [備考] 明治大学農学部バイオインフォマティクス研究室ホームページ
  • URL: http://bioinf.mind.meiji.ac.jp/lab/