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2020 年度 実施状況報告書

植物遺伝子機能予測のための統合的学習アルゴリズムの開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K06043
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, 上級研究員 (80415281)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードバイオインフォマティクス / トランスクリプトーム / 共発現ネットワーク解析 / データ統合 / 機械学習
研究実績の概要

高速かつ網羅的な分析技術が発展するに伴い、さらなるバイオインフォマティクスと生物統計の手法開発が必須である。本研究では、統合ディファレンシャルネットワーク情報を利活用した客観的かつ持続的な遺伝子機能予測手法の開発を目的とした。
そのコア技術は、発現差異 (DEGs)、とディファレンシャル共発現 (DC) および転写因子情報を組み合わせたDifferential Regulatory Analysis (DRAと総称) である。客観的かつ持続可能な遺伝子機能予測の性能評価のために、自動構築するネットワークオントロジーをgold standardとして利活用する。さらなる予測機能向上のために、アンサンブル機械学習により複数DRAを統合する。最終的に、遺伝子間の機能的関連性を定量化し、予測するためのネットワークモデル構築法を確立する。開発した統計的評価法パイプラインは作物種ストレスデータへと応用し、その結果のオープンデータ化を進める。ストレス耐性付与等の有用形質獲得に寄与しうる未解明の遺伝子制御ネットワーク同定は、最終的にバイオ技術イノベーションから社会還元への道筋に多様性を与える。
以上の計画に従い、本年度は主なDRA手法のRパッケージ実装を進めた (解析自動化と再利用性の向上)。DRAアプローチは複数亜種があり、これらを情報統合することが有用と考えられる。一般的にアンサンブル学習は、各機械学習によるアプローチよりも性能が良くなることが期待される。本研究は、植物が持つ環境への適応力や多種多様な代謝物の生合成能力の背後にある制御ネットワーク解明への新機軸を打ち出す。

現在までの達成度 (区分)
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

主なDRA手法のRパッケージ実装を進める過程で、海外機関(大学)との国際共同研究の強化がなされ、概ね順調な進み具合である。

今後の研究の推進方策

引き続き周辺研究分野で開発されているデータマイニング手法に注視しつつ、植物遺伝子機能予測のための統合的学習アルゴリズムの開発と応用研究を進める。研究計画の大幅な変更はない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件)

  • [雑誌論文] Maize specialized metabolome networks reveal organ-preferential mixed glycosides2021

    • 著者名/発表者名
      Desmet Sandrien、Saeys Yvan、Verstaen Kevin、Dauwe Rebecca、Kim Hoon、Niculaes Claudiu、Fukushima Atsushi、Goeminne Geert、Vanholme Ruben、Ralph John、Boerjan Wout、Morreel Kris
    • 雑誌名

      Computational and Structural Biotechnology Journal

      巻: 19 ページ: 1127~1144

    • DOI

      10.1016/j.csbj.2021.01.004

  • [雑誌論文] Antagonistic regulation of the gibberellic acid response during stem growth in rice2020

    • 著者名/発表者名
      Nagai Keisuke et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 584 ページ: 109~114

    • DOI

      10.1038/s41586-020-2501-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integrative omics approaches revealed a crosstalk among phytohormones during tuberous root development in cassava2020

    • 著者名/発表者名
      Utsumi Yoshinori、Tanaka Maho、Utsumi Chikako、Takahashi Satoshi、Matsui Akihiro、Fukushima Atsushi、Kobayashi Makoto、Sasaki Ryosuke、Oikawa Akira、Kusano Miyako、Saito Kazuki、Kojima Mikiko、Sakakibara Hitoshi、Sojikul Punchapat、Narangajavana Jarunya、Seki Motoaki
    • 雑誌名

      Plant Molecular Biology

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s11103-020-01033-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fruit setting rewires central metabolism via gibberellin cascades2020

    • 著者名/発表者名
      Shinozaki Yoshihito et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 117 ページ: 23970~23981

    • DOI

      10.1073/pnas.2011859117

    • 査読あり / オープンアクセス

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公開日: 2021-12-27  

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