植物オミックス情報の統合解析によるゲノム・遺伝子相関機構の解明とデータベース構築

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: ゲノム・遺伝子相関：新しい遺伝学分野の創成
• 研究課題/領域番号: 26113716
• 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, 准教授 (00446543)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ゲノム / 遺伝子 / 植物 / バイオインフォマティクス / データベース

研究実績の概要

植物界の様々なオミックス情報を比較することにより、種や環境条件、生育ステージ・器官における固有の生物学的プロセスや特異的な発現遺伝子群を網羅的・効率的に抽出できる。これらの遺伝子や生物学的プロセスについて、ゲノム・遺伝子相関関連因子（エピゲノムや自家不和合性、発現制御機構、分子間相互作用など）との関連性を精査することにより、ゲノム・遺伝子相関機構の共通機構・原理を解明できる。
本研究では、新学術領域・公募班において、他の班員と共同研究を推進すると共に、シロイヌナズナ、イネ、トマト、ソルガム、ブドウ、ジャガイモ、ダイズ、タルウマゴヤシの遺伝子発現ネットワークの大規模情報解析を実施し、遺伝子発現ネットワークの網羅的な種間比較を可能とするデータベースPODCを構築・公開している。従来法では、膨大な計算時間・メモリーを要するために、この大規模な遺伝子発現ネットワーク解析を実施できない。本研究では、既に開発済みである大規模トランスクリプトーム解析手法を適用し、多くの植物種の遺伝子発現ネットワーク構築を短期間で実現した。
データベースPODCの活用により、植物種間で進化的に保存されているネットワーク・モジュールや種固有のネットワーク・モジュール、すなわち、ゲノム・遺伝子相関に関わる遺伝子発現制御機構や生物学的プロセスの同定が促進される。しかし、発現プロファイル情報のみに基づくアプローチでは確度が低く、他のオミックス情報を活用した統合解析が強く求められる。そこで、本研究では、ゲノム・遺伝子相関機構に関わる遺伝子群などをより高精度に同定するために、ゲノム配列や高精度アノテーションなどの情報を付加し、高精度・網羅的な統合オミックス探索を可能とした。研究成果は、学術論文だけではなく、Webサイトから社会・国民に広く、分かりやすく発信している。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

オミックス解析については、年度内に予定していた解析を終了し、新たなモデル農作物のオミックス解析に着手している。高精度機能アノテーション解析についても、当初予定よりも早期に着手し、解析終了分より順次データベースより公開している。

今後の研究の推進方策

モデル農作物・植物についての遺伝子発現ネットワーク構築および高精度機能アノテーションの情報解析を進め、得られた結果をWebデータベースPODCに格納し、研究者コミュニティーや社会に発信する。
特に、文献情報から生物学的機能に対する知識情報を自然言語処理により集約し、マニュアル・キュレーションを通して高精度なアノテーション情報を遺伝子（産物）に付与する。高速シーケンサー・データより構築した遺伝子発現ネットワーク情報を植物種間で横断的な比較解析を可能とするとともに、高精度アノテーション情報と統合することにより、ゲノム・遺伝子相関因子の同定の促進を目指す。
また、植物種間の遺伝子発現ネットワーク情報を統合するために、植物種間オーソログを網羅的に探索する。ここでは、タンパク質機能ドメインの共有性などの指標の導入を検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Comprehensive analysis of transcriptome response to salinity stress in the halophytic turf grass Sporobolus virginicus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoki Yamamoto, Tomoyuki Takano, Keisuke Tanaka, Taichiro Ishige, Shin Terashima, Chisato Endo, Takamtisu Kurusu, Shunsuke Yajima, Kentaro Yano, Yuichi Tada
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 6 ページ: 241
  • DOI: doi: 10.3389/fpls.2015.00241
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] De Novo Transcriptome Assembly of a Fern, Lygodium japonicum, and a Web Resource Database, Ljtrans DB. (2015)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Aya, Masaaki Kobayashi, Junmu Tanaka, Hajime Ohyanagi, Takayuki Suzuki, Kenji Yano, Tomoyuki Takano, Kentaro Yano, Makoto Matsuoka
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 ページ: e5
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu184
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plant Omics Data Center: An Integrated Web Repository for Interspecies Gene Expression Networks with NLP-based Curation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hajime Ohyanagi, Tomoyuki Takano, Shin Terashima, Masaaki Kobayashi, Maasa Kanno, Kyoko Morimoto, Hiromi Kanegae, Yohei Sasaki, Misa Saito, Satomi Asano, Soichi Ozaki, Toru Kudo, Koji Yokoyama, Koichiro Aya, Keita Suwabe, Go Suzuki, Koh Aoki, Yasutaka Kubo, Masao Watanabe, Makoto Matsuoka, Kentaro Yano
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 56 ページ: e9
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A-WINGS: an integrated genome database for Pleurocybella porrigens (Angel's wing oyster mushroom, Sugihiratake). (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Yamamoto, Tomohiro Suzuki, Masaaki Kobayashi, Hideo Dohra, Yohei Sasaki, Hirofumi Hirai, Koji Yokoyama, Hirokazu Kawagishi, Kentaro Yano
  • 雑誌名: BMC Research Note 巻: 7 ページ: 866
  • DOI: 10.1186/1756-0500-7-866
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Data Mining in Plant Omics Data Center Suggests Conserved Gene Expression Networks of Molecular Chaperone and Protein (2015)
  • 著者名/発表者名: Toru Kudo, Tomoyuki Takano, Shin Terashima, Masaaki Kobayashi, Maasa Kanno, Kyoko Morimoto, Hiromi Kanegae, Soichi Ozaki, Yohei Sasaki, Misa Saito, Satomi Asano, Koji Yokoyama, Koichiro Aya, Keita Suwabe, Go Suzuki, Masao Watanabe, Makoto Matsuoka, Hajime Ohyanagi, Kentaro Yano
  • 学会等名: International Plant and Animal Genome XXIII
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [学会発表] Plant Omics Data Center (PODC) : The Integrated Web Repository for Intra- and Interspecies Gene Expression Networks. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Takano, Shin Terashima, Hajime Ohyanagi, Maasa Kanno, Yohei Sasaki, Koji Yokoyama, Koichiro Aya, Keita Suwabe, Go Suzuki, Masao Watanabe, Makoto Matsuoka, Kentaro Yano
  • 学会等名: International Plant and Animal Genome XXIII
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [学会発表] A Comprehensive Method and Tool for Identifying Conserved Cis-Element Motifs on the Basis of Large-Scale Gene Expression and Sequence Data. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yohei Sasaki, Kentaro Yano, Hajime Ohyanagi, Tomoyuki Takano, Masaaki Kobayashi, Shin Terashima, Naoki Yamamoto, Masato Otani, Eiji Nambara
  • 学会等名: International Plant and Animal Genome XXIII
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [学会発表] A GUI Application ”CA Plot Viewer” for Large-Scale Gene Expression Analysis with Next-Generation Sequencing Technology. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Yano, Tomoyuki Takano, Shin Terashima, Yukino Nakamura
  • 学会等名: International Plant and Animal Genome XXIII
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-14
• [学会発表] システムズ・バイオロジー研究に向けた大規模オミックス情報解析とWebデータベース (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢野 健太郎
  • 学会等名: 日本遺伝学会第86回大会
  • 発表場所: 長浜バイオ大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [図書] Omics databases and gene expression networks in plant sciences. (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Kobayashi, Hajime Ohyanagi, Kentaro Yano
  • 総ページ数: 392
  • 出版者: CRC Press
• [図書] 遺伝子治療・診断の最先端技術と新しい医薬品・診断薬の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林正明, 大柳一, 矢野健太郎
  • 総ページ数: 566
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] Plant Omics Data Center
  • 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
  • URL: http://bioinf.mind.meiji.ac.jp/lab/