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理研BRC植物バイオリソースRDFデータの作成とその運⽤○櫛⽥ 達⽮（理研）、⾅⽥ ⼤輝（理研）、桝屋 啓志（理研）
理化学研究所 バイオリソース研究センター（BRC）

理化学研究所 バイオリソース研究センター（BRC）
トーゴーの⽇シンポジウム2022

Licensed under a Creative Commons 表⽰4.0国際ライセンス©2022 櫛⽥ 達⽮（理研バイオリソース研究センター）1

Outline• 理研BRCでは，1) 実験動物（マウス）, 2) 実験植物, 3) 細胞材料(例，iPScells), 4) 遺伝⼦材料(例，ヒトcDNAクローン), 5) 微⽣物株を取り扱っている．
• 実験植物には，植物遺伝⼦材料（例，植物cDNAクローン[9植物種]）, 種⼦[2植物種]及び細胞材料[24植物種]を含む．
• 理研BRCのミッションの１つは，理研BRCの植物材料を通して，⽣命科学の発展，育種や有⽤物質⽣産に貢献することである．
• 現在，理研BRCではバイオリソースRDFデータの開発を⾏い，外部データセットとの統合を進めている.
• 本報告では，抗炎症剤（anti-inflammatory agent），開花誘導（induceflowering），クチクラ形成（cuticle development）などChEBIのロール，KNApSAcKの⽣物活性，Gene Ontologyの各⽤語を⽤いて，⽬的とする実験植物材料の発⾒を可能にしたデータ整備の状況を紹介する．
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理研BRCが取り扱う実験植物
リソースのタイプ

植物種

種数(合計:31種)

NCBI Geneのリンクを持つ実験植物[遺伝⼦数]

遺伝⼦，種⼦，培養細胞

シロイヌナズナ

１種

１種 [27,690]（塩基配列あり）

遺伝⼦，種⼦

ミナトカモジグサ

１種０種（塩基配列あり）遺伝⼦，培養細胞

タバコ

１種０種（塩基配列あり）遺伝⼦

ヒメツリガネゴケ，キャッサバ，ハロフィラ（モデル塩⽣植物，シロイヌナズナ近縁種），ストライガ，セイヨウハコヤナギ，ハクサイ

６種

０種（塩基配列あり）

培養細胞

ノラニンジン，ヨーロッパブドウ，ヨウシュヤマゴボ
ウ，ホウレンソウ，ソメイヨシノ，ハチク，ツルニチ
ニチソウ，ニチニチソウ，アスパラガス，ヒャクニチ
ソウ，ミヤコグサ，ダイズ，イネ，オウレン，トマト，ゴマ，ヘチマ，ムラサキ，マダケ，キダチタバコ，ウコン，ヨウシュハッカ

22種

０種（塩基配列なし）

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BRC植物材料（シロイヌナズナcDNAクローン）のRDFスキーマ

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BRC実験植物と外部RDFデータの統合例 1/2
BRC Plant Bioresource RDF Graphbioresource

Plant DNA ---> ncbigene

gene
27,69077,021protein

UniProt RDF Graphncbigene <- uniprot -> enzyme
25,85754,815

1,238

enzyme <- reaction -> side -> participant Rhea RDF Graph-> compound-> chebi chemicals
1,041

1,251

594

chebi --> role

ChEBI Graphquality

160 e.g., anti-inflammatory agent
quality64

External public RDF data
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chebi -> knapsack-> bioactivity
62e.g., induce flowering

KNApSAcK RDF Graph

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2705BRC実験植物と外部RDFデータの統合例 2/2bioresource

gene

BRC Plant Bioresource RDF Graph

Plant DNA ---> ncbigene
77,021

27,690

UniProt RDF Graph

proteinncbigene <- uniprot -> geneOntology
25,857External public RDF data

44,2597,600

e.g., cuticle development

biological process

3,948

molecular function

2,823

cellular component

829

e.g., progesterone 5alpha-reductase
activitye.g., chloroplast

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PREFIX rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#>
抗炎症剤の⽣成と関係が⽰唆されるBRC実験植PREFIX rdf: <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#>物（遺伝⼦材料）を⾒つけるSPARQLクエリ
PREFIX rh: <http://rdf.rhea-db.org/>
PREFIX owl: <http://www.w3.org/2002/07/owl#>
PREFIX xsd: <http://www.w3.org/2001/XMLSchema#>
PREFIX chebi: <http://purl.obolibrary.org/obo/CHEBI_>SELECT DISTINCT ?plant ?rhea ?chebi
BRC Bioresource RDF
WHERE {
graph <http://metadb.riken.jp/db/plant_ncbigene> {?plant rdfs:seeAlso ?ncbigene.}graph <http://metadb.riken.jp/db/uniprot_ncbigene> {?uniprot rdfs:seeAlso ?ncbigene.}graph <http://metadb.riken.jp/db/uniprot_enzyme> {UniProt RDF?uniprot <http://purl.uniprot.org/core/enzyme> ?enzyme.}
graph <http://metadb.riken.jp/db/rhea> {?rhea rh:ec ?enzyme.
Rhea RDF?rhea rh:side ?side .
?side rh:contains ?participant .
?participant rh:compound ?compound .
?compound rh:chebi ?chebi .}graph <http://metadb.riken.jp/ontology/CHEBI> {ChEBI?chebi rdfs:subClassOf ?bl_1; rdfs:label ?label_chebi .
?bl_1 owl:someValuesFrom ?role ; rdf:type owl:Restriction ;owl:onProperty <http://purl.obolibrary.org/obo/RO_0000087> . # has role?role rdfs:label ?label_role.
VALUES(?role) {(chebi:67079)} } #anti-inflammatory agent}7
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外部データのトリプルストアへの実装状況*: Total data size of the UniProt RDF data is 1.9 TB and more.
**: The size of human, mouse, and Arabidopsis thaliana only.

IntegratedRDF data

Data source

UniProtStatusGraph (in BioresourceMetaDB)

implemented

http://metadb.riken.jp/db/uniprot_ncbigene

implemented

http://metadb.riken.jp/db/uniprot_enzyme

RDFization (RDF dataconversion)

idmapping_selected.tab
Conversion from .tab to .ttl.gz (from the FTP site)using a Python script

File size(ntriples)
4.75 GB/1.9 TB*

UniProt SPARQL
Endpoint

Execution of SPARQL queryand conversion of the query
result to .ttl using a Python
script3.77 GB/1.9 TB*
203.3 MB**/1.9 TB*

implemented

http://metadb.riken.jp/db/uniprot_go

UniProt SPARQL
EndpointExecution of SPARQL queryand conversion of the query
result to .ttl using a Python
scriptRhea

implemented

http://metadb.riken.jp/db/rhea

https://ftp.expasy.org/
databases/rhea/rdf/

NOT necessary

189.3 MB

ChEBI

implemented

http://metadb.riken.jp/ont
ology/CHEBI

https://ftp.ebi.ac.uk/pu
b/databases/chebi/ont NOT necessary
ology/

586.4 MB
(owl)

KNApSAcK

NOT
implemented

http://metadb.riken.jp/db/knapsackCore

https://github.com/ddb
NOT necessary
j/mb_knapsack

612.6 MB

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結論• 77,021件の理研BRCの実験植物材料のRDFデータを，NCBI GENE ID使ってUniport, Rhea, ChEBI，KNApSAcK, Gene Ontologyなどの外部データセットと統合した．
• その結果，160種類のChEBIのロール（例，anti-inflammatory agent）に対して17,435件の実験植物材料が，270種類のKNApSAcKの⽣物活性⽤語（例，induce flowering）に対して1,921件の実験植物材料が，7,600種類のGene Ontology⽤語（例，cuticle development）に対して71,746件の実験植物材料が発⾒された．
• ⼀⽅， NCBI GENE IDを持たない522,006件の実験植物材料（例，植物培養細胞材料）については，
Uniport, Rhea, ChEBI，KNApSAcK, Gene Ontologyなどの外部データセットと結合はできなかった．
• UniProtは，多数の外部データのURIやID（例，NCBI Gene, EC number, and Gene Ontology）を持つため，ライフサイエンスデータの統合におけるハブとして有⽤である．
• しかし，オリジナルのUniProtはデータサイズが⼤きく(1.9 TB以上)，それをそのままの形でRDFデー
タのデータベース（トリプルストア）で取り扱う場合，検索速度の低下などトラブル発⽣が懸念される．
• これに対応するため， UniProtオリジナルデータ（例，ttl，csv形式）を適当なサイズに分割，フォーマット変換し，トリプルストアに格納，統合，利活⽤した．
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要旨
理化学研究所バイオリソース研究センター（BRC）は，総合的なバイオリソースセンターとして，シロイヌナズナなど31植物種の種⼦，培養細胞，遺伝⼦材料の開発，収集，保存，提供などの業務を⾏なっている．当センターでは，これらバイオリソースの利⽤拡⼤に向けて，セマンティックウェブの標準書式であるResource Description Framework (RDF)形式によるデータ整備，検索システムの開発，運⽤を進めている．RDFデータは，バイオリソースの汎⽤的なデータスキーマである
Biological Resource Schema Ontology (BRSO) に 準 拠 し ， NCBI Taxonomy ( 例 ，obo:NCBITaxon_3702),
Gene( 例 ， ncbigene:820887),
Nucleotide （ 例 ，nucleotide:AF37539）やTAIR Locus (例，ensembl.plant:AT3G16400.1)などのURIを⽤いて構築している．現在，NCBI GeneとUniProt間のリンク情報の追加，リテラルで記述されている表現型の⽤語のPlant Trait Ontologyなどへのマッピングや関連付けを進めており，今後，Plant GARDEN,Orthologous Matrix (OMA), Rhea , KNApSAcK, Reactomeなどの外部機関が提供するデータセッ
トとの統合を⾏う予定である．これら理研BRCのバイオリソースデータは，バイオリオースメタデー
タベースのSPARQLエンドポイント（https://knowledge.brc.riken.jp/sparql）および，理研BRCのトップページ（https://brc.riken.jp/）から検索可能である．
謝辞︓本研究の⼀部は、内閣府 戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ）「スマートバイオ産業・農業基盤技術」（管理法⼈︓農研機構⽣研⽀援センター）によって実施されました．
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