統合ネットワークによる遺伝子機能予測モデルの高精度かつ持続的な構築法の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K07663
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 福島 敦史 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (80415281)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: バイオインフォマティクス / 園芸ゲノム科学

研究実績の概要

高速シーケンサ等の技術進歩により、大量のオミックスデータが蓄積してきている。遺伝―環境相互作用の解明とその植物生理を深く理解するため、トランスクリプトームデータのみならず、様々な分子群に関するプロファイルデータおよび知識の統合が必須である。本研究課題では、遺伝―環境相互作用の解明に資する様々な分子群に関するオミックスデータおよび知識の統合を試みた。主な成果として（１）統合すべきオミックスデータの評価と、より高い信頼性のある遺伝子機能予測法の開発を進めた。（２）遺伝子間の関連性推定には、ピアソン相関のみならず、相互情報量に基づく統計量を利用した複雑な遺伝子制御ネットワークの推定を検討した。（３）遺伝子―遺伝子間の機能的関連性を定量化・予測するためのネットワークモデル構築法の一部としてdifferential regulation analysis (DRA) により転写因子等の制御因子予測を可能とした。断続的に産出されるオミックスデータに対応し、遺伝子機能予測モデルの構築を“持続的に”行う枠組みは、利用可能なオミックスデータが増えるに従って、予測精度の改善が見込まれる。このため、持続的にその構築を行うソフトウェア実装が鍵となる。これにより作物収量の増大やストレス付与といった有用形質獲得の背後にある遺伝子制御ネットワークの解明が促される。本研究課題の遺伝子機能予測モデルおよび解析手法は、将来的に総合的な「環境適応型植物設計システム」の重要なモジュールの一つとなりうることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Cytosolic GLUTAMINE SYNTHETASE1;1 Modulates Metabolism and Chloroplast Development in Roots (2020)
  • 著者名/発表者名: Kusano Miyako、Fukushima Atsushi、Tabuchi-Kobayashi Mayumi、Funayama Kazuhiro、Kojima Soichi、Maruyama Kyonoshin、Yamamoto Yoshiharu Y.、Nishizawa Tomoko、Kobayashi Makoto、Wakazaki Mayumi、Sato Mayuko、Toyooka Kiminori、Osanai-Kondo Kumiko、Utsumi Yoshinori、Seki Motoaki、Fukai Chihaya、Saito Kazuki、Yamaya Tomoyuki
  • 雑誌名: Plant Physiology 巻: 182 ページ: 1894～1909
  • DOI: 10.1104/pp.19.01118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Metabolite and Phytohormone Profiling Illustrates Metabolic Reprogramming as an Escape Strategy of Deepwater Rice during Partially Submerged Stress (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Atsushi、Kuroha Takeshi、Nagai Keisuke、Hattori Yoko、Kobayashi Makoto、Nishizawa Tomoko、Kojima Mikiko、Utsumi Yoshinori、Oikawa Akira、Seki Motoaki、Sakakibara Hitoshi、Saito Kazuki、Ashikari Motoyuki、Kusano Miyako
  • 雑誌名: Metabolites 巻: 10 ページ: 68～68
  • DOI: 10.3390/metabo10020068
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BioHackathon 2015: Semantics of data for life sciences and reproducible research (2020)
  • 著者名/発表者名: Vos Rutger A.、et al.
  • 雑誌名: F1000Research 巻: 9 ページ: 136～136
  • DOI: 10.12688/f1000research.18236.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative co-expression network analysis extracts the <i>SlHSP70</i> gene affecting to shoot elongation of tomato (2019)
  • 著者名/発表者名: Vu Nam Tuan、Kamiya Ken、Fukushima Atsushi、Hao Shuhei、Ning Wang、Ariizumi Tohru、Ezura Hiroshi、Kusano Miyako
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 36 ページ: 143～153
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.19.0603a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] メタボロームデータ解析および解釈に資する可視化手法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 神谷 健、草野 都、福島 敦史
  • 雑誌名: 日本化学会情報化学部会誌 巻: 37 ページ: 72～
  • DOI: 10.11546/cicsj.37.72
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Application of Quantum Chemical Calculation for Prediction of Ultraviolet-vis Spectrum of Plant Self-protective MetabolitesProduced by UV-B Irradiation (2019)
  • 著者名/発表者名: KUWAHATA Kazuaki、SAKUMA Yui、KAWASHIMA Yukio、FUKUSHIMA Atsushi、NAGASHIMA Umpei、KUSANO Miyako、TACHIKAWA Masanori
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 18 ページ: 108～114
  • DOI: 10.2477/jccj.2019-0002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ディファレンシャルネットワークに基づく遺伝子機能予測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福島敦史
  • 学会等名: 第37回日本植物細胞分子生物学会（京都）大会