ゲノム情報に基づく植物データベースの統合
かずさDNA研究所植物ゲノム研究部
田畑哲之
平川英樹
中村保一
新潟大学・研究推進機構・超域学術院
中谷明弘©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

我が国の植物ゲノム研究の現状

ゲノム機能解析Transcriptomics
Proteomics
Metabolomics
変異体大規模解析
DNAマーカー連鎖地図

ゲノム・cDNA構造解析
単細胞藻類
クラミドモナス
シアニディオシゾン
コケ類
ヒメツリガネゴケ
ゼニゴケ
シダ類
イヌカタヒバ
単子葉草本
イネ
コムギ
オオムギ
双子葉草本
タバコ
シロイヌナズナ
ミヤコグサ
ダイズ
トマト
ハクサイ
キャッサバ
樹木
ヤトロファ
ポプラ

有用遺伝子発見
遺伝子機能ネットワーク
QTL解析
品種改良

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DBDBDB研究開発内容
日本の植物分子遺伝学、分子育種学研究
・モデル材料から農作物まで研究対象が多種多様である
・ゲノム構造、ゲノム機能、DNAマーカー、有用遺伝子連鎖解析、育種関連情報など多彩な解析データが生産されDBおよび文献を通して公開されている・種々雑多な情報が多くのDBや文献に散在していて利便性が低い
・情報が分散しているため、国際的なプレゼンスが十分示されない（１）遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合
中谷明弘（２）DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合
平川英樹・市原寿子（３）植物リソース情報DBの統合
中村保一（４）植物研究に関連する情報基盤の構築
平川英樹・市原寿子©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

1. 遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合

H24年度 計画
オルソログDBをハブにしたゲノムDBの統合
1. オルソログDBに対象ゲノムDBをリンクする。
・DBエントリを遺伝子IDや配列ホモロジーで対応付け
グループ内保有のモデル植物DB / 作物DB
シロイヌナズナDB / イネDB / ヒメツリガネゴケDB / ゼニゴケDB・・・

2. 異生物種DBエントリ間の対応付けをする。
・オルソログDBを経由してリンクを辿る。

3. 統合的検索GUI/API開発とポータルサイトとの連携を行う。
・オルソログDB内の階層構造を反映させた検索の実現

4. セマンティックウェブ（RDF）に 対応する。
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1. 遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合

H24年度までの成果
オルソログDBをハブにしたゲノムDBの統合
1. オルソログDBの構築と更新
・緑色植物（20種）ラン藻（71種）

2. オルソログDBへの対象ゲノムDBのリンク
・アミノ酸/EST配列を取得してblastp/blastxで対応付け©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

1. 遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合
RAP-DB（イネ・農業生物資源研究所）
RARGE（シロイヌナズナ・理化学研究所）
SALAD database（ヒメツリガネゴケ他・農業生物資源研究所）
PHYSCObase（ヒメツリガネゴケ・基礎生物学研究所）

Eucalyptus camaldulensisGenome Database（ユーカリ・かずさDNA研究所）
Jatropha Genome Database（ヤトロファ・かずさDNA研究所）
Lotus japonicus Genome Sequencing Project（ミヤコグサ・かずさDNA研究
Tomato SBM Database（トマト・かずさDNA研究所）
CloverGarden（クローバー・かずさDNA研究所）
クラミドモナス EST Index（クラミドモナス・かずさDNA研究所）
ミヤコグサ EST Index（ミヤコグサ・かずさDNA研究所）
シロイヌナズナ EST Index（シロイヌナズナ・かずさDNA研究所）
スサビノリ EST Index（スサビノリ・かずさDNA研究所）
MiBASE Micro-Tom Database（トマト・かずさDNA研究所）
アカクローバー EST Index（アカクローバー・かずさDNA研究所）
シロクローバー EST Index（シロクローバー・かずさDNA研究所）©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

1. 遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合

H24年度までの成果
オルソログDBをハブにしたゲノムDBの統合
1. オルソログDBの構築と更新
・緑色植物（20種）ラン藻（71種）

2. オルソログDBへの対象ゲノムDBのリンク
・アミノ酸/EST配列を取得してblastp/blastxで対応付け

3. 異生物種DBエントリ間の対応付け
・上項のBLASTの結果をDB化してリンクを辿る

4. 統合的検索GUI/API開発
・MySQL / PHP / JavaScript / Perl ・・・

5. セマンティックウェブ（RDF）対応
・現状では全てのデータをタブ区切りデータ化©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

1. 遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合

H24年度 成果内容
オルソログDBへの対象ゲノムDBのリンクと統合的検索
オルソログDBからの統合的検索

検索画面

オルソログDBを索引として使用

オルソログクラスタのリスト配列
β版 http://gene.bri.niigata-u.ac.jp/PGDBj/OD/

ユーザへの統合的検索の提供

検索画面背後での情報処理
リンク

オルソログクラスタ

対象ゲノムDB群©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

オルソログＤＢの検索キーワード

1. 遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合

H24年度 成果内容
オルソログDBへの対象ゲノムDBのリンクと統合的検索
BLAST（E-value ≤ 10-5）例）トマト（ITAG2.3） 3.5万配列のうち3.0万がリンク例）イネ（RAP-DB） 4.2万配列のうち3.7万がリンク

2. オルソログDB内での生物種を跨いだ類似関係
緑色植物50万配列のうち20万は何らかの類似相手が存在
01000020000

Arabidopsis lyrata subsp. lyrata
Arabidopsis thaliana
Medicago truncatula
Glycine max
Ricinus communis
Populus trichocarpa
Vitis vinifera
Solanum lycopersicum
Brachypodium distachyon
Oryza sativa Japonica GroupZea mays
Sorghum bicolor
Selaginella moellendorffii
Physcomitrella patens subsp. patens
Ostreococcus lucimarinus CCE9901
Ostreococcus tauri
Micromonas sp. RCC299
Micromonas pusilla CCMP1545
Volvox carteri f. nagariensis
Chlamydomonas reinhardtii

30000

40000

50000

配列数

各生物種のアミノ酸配列が属する
オルソログクラスタに含まれる生物種数の内訳
201918171615141312111098©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

7654321

静的な検索が可能→
全てをＲＤＢに格納1. オルソログDBへ対象ゲノムDBをリンク

1. 遺伝子オルソログDBの構築とそれに基づく植物ゲノムDBの統合

最終年度 計画
ユーザビリティーの向上
1. DBコンテンツの更新
・オルソログDBの更新とリンク対象ゲノムDBの拡充
・後方互換性の維持（再計算した場合のクラスタIDの管理他）

2. 統合的検索GUI/API開発とポータルサイトとの連携
・検索結果の効果的な表示方法の開発
・PGDBj内の他の項目との連携（横断検索）

3. 計算機による個別解析用のデータの整備
・ダウンロード用データファイルの整備
・セマンティックウェブ（RDF）への対応

4. ドキュメント（マニュアルやDB論文）の整備©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

H24年度 計画
1. 55の植物種を対象として、DBや文献からDNAマーカー、QTL、連鎖地図に関する情報を収集し、ポータルサイトで公開する。
2. 塩基配列地図と連鎖地図がある植物種については、マーカー付随配列をマッピングすることで両地図間のマーカーの対応関係を調べる。これらのデータに対して収集したマーカー情報を加えることで、マーカー関連DBを整理する。
3. H23年度に構築した地図表示システムの機能の充実を図る。
4. 項目(1)～(4)に対して横断検索するためのデータ形式を決定する。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

H24年度までの成果
1. DNAマーカーとQTLについては、55の植物種のうち、23種(42%)の情報を収集し、そのうち11種(20%) をポータルサイトで公開した。地図情報については、16種(29%)の情報を生成・整備し、そのうち7種(13%)を公開した。
2. 地図表示システムに対して、プライマーで増幅されるマーカーを含んだ領域の類似度に基づき複数の地図を関連づける機能を追加開発した。
3. 項目(1)～(4)に対する横断検索に必要なデータ形式を決め、収集した情報をその形式に変換する作業を開始した。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

55植物種の マーカー・QTL・地図情報の整備状況リスト（抜粋）・「科名」項をクリックしてソーティングした状態

マーカー・QTL情報がある
生物種件数
・収集：23 種／55 種（42％）
表中の「○」と「準備中」・公開：11 種／55 種（20％）
表中の「○」

地図情報がある生物種件数
・収集：16 種／55 種（29％）
表中の「○」と「準備中」・公開： 7 種／55 種（13％）
表中の「○」©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

ミヤコグサのマーカーリスト（抜粋）・「マーカー名」項をクリックしてソーティングした状態
表示件数の指定
検索キーワード(フレーズ)数の指定

登録件数

各キーワード(フレーズ）のAND, OR, NOT
検索の指定データ（CSVファイル）ダウンロード
・絞り込んだ結果のみ
・全登録データ(植物種単位) の選択可
項目名・ソーティング
ボタン機能©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

マーカー・QTLの掲載情報
例：SSR

例：QTL

改善すべき点： データを公開している11種においても、収集した項目の一部が未公開
 マーカー情報：
近傍の塩基配列 等
 QTL情報：
標本数, 年数, 季節,自然環境 or 人工環境 等
横断検索用のファイルの変換作業時に未公開項目の登録作業を実施する©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

連鎖地図間(EXPEN2000-AMF2-MMF2)のマーカーの対応図
EXPEN2000

AMF2

MMF2

 地図間で共通するマーカーの表示同一色で表示→マーカーの種類が視覚的に捉え難いマーカー間に線を引くことで対応付け→線の色を変更してこの表示のみにする方が分かり易い改善すべき点：
 表示関連の改良
 地図情報の登録作業ーSNPーSSR©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

DBリンク集（抜粋）全73種
・検索機能等のインターフェイスはマーカーリスト同様
表示件数の指定
検索キーワード(フレーズ)数の指定

各キーワード(フレーズ）のAND, OR, NOT検索の指定
出力件数
●項目名
ソーティングボタン機能●表示情報・サムネイル（当該DBへのリンク）
・DB名
・科名・和名・詳細（DB情報ページへのリンク）©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

DBリンク登録データ（例：RadishDB）

サムネイル項をクリック

詳細項をクリック

リンク先画面

登録データ

改善すべき点： 分類・整備が不十分©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本2. DNAマーカーおよび連鎖地図情報に基づく植物ゲノムDBの統合

最終年度計画
1. 55の植物種におけるDNAマーカー、QTL、連鎖地図に関する情報の収集と公開を完了させる。
2. イネ科などの主要な作物についてはマーカー関連DBに リンクすることで完了させる。
3. 地図表示システムの問題点を解決する。
4. 塩基配列地図と連鎖地図がある植物種のマーカー付随配列をマッピングすることで生成される地図情報に 基づき植物DBの統合を行い、完了させる。
5. 項目(1)～(4)に対する横断検索に必要なデータへの変換を第二四半期までに完了する。
6. マニュアル等のドキュメントを作成・整備する。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本3. 植物リソースの統合

H24年度 計画
 平成23年度までに、NBRP他のリソース情報としてムギ、ダイズ、ミヤコグサ、アサガオ、トマト、コムギ遺伝子を配列類似性によりシロイヌナズナ遺伝子と連結、理研BRCの検索システ
ムSABREで検索可能にし、外部利用可能なAPIを整備する開発を行った。
 平成24年度は、横断検索デー
タの更新とともに、新規に有用なバイオリソース情報のデータ収集とID統合を追加し、同時に、既存のPlant Ontology (PO) 等の適用や拡張等を含め、共用化を容易にするためのオントロジーの策定と整備を計画した。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本3. 植物リソースの統合

H24年度 成果

REST API / JSON
1. 理研BRCにて拡張したSABREの情報を検索するフォームをPGDBJ.jp 上に設置し、14植物種のリソース情報を、シロイヌナズナ遺伝子との類似により PGDBJ.jp にて串刺し検索可能とし、検索機能のAPI拡充とUI整備を実施し、検索系の共用化と再利用性を高めた。
2. 重要な新規リソース情報として、カンキツ類リソースとして近畿大学ならびに佐賀大学よりのべ900個体のCitrus属在来種と、農研機構・果樹研究所で整備されているカンキツ類のcDNAクローン＋配列情報のデータベース集約を開始した。
3. リソース情報を記述するためのオントロジとして Plant Ontology, Trait Ontology, GeneOntology が利用可能な植物種の対応表を作成し、それぞれの語彙のカヴァー程度とその不備等の調査を実施した。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本3. 植物リソースの統合

最終年度 計画
1. 平成25年度は、平成24年度までに実施したゲノム情報に関連したバイオリソース横断検索システムの拡充と更新を引き続き行い、永続的に運営するためにデータ更新や相互リンクの維持の自動化を目的とした管理システムを構築する。
2. 新規な有用バイオリソースの情報についてのデータ収集では、平成24年度に開始したカンキツ類バイオリソース情報のデータベース化を推進し公開を完了するとともに、さらにNBRPがサポートしていない新規な有用リソース情報収集を行う。
3. 本事業のテーマ 1. 植物オルソログDB との連携による統合環境の活用により、種々の植物リソースから望みの遺伝子候補を選抜することを可能とするツールの整備を行う。

©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本4. 植物研究に関連する情報基盤の構築

H24年度 計画
1. 昨年度に構築したポータルサイトを整備し、一般公開する。
2. 55の植物種の学術情報をポータルサイトに掲載する。
3. 項目(1)~(3)と連携し、基盤情報ページにリンクを設定する。
4. これまでに収集した1,093件の植物ゲノム関連DB情報を分類,整備し、DBリンク集としてポータルサイトに掲載する。
5. 昨年度に続き、国内外DBを調査し、リンク情報を更新する。
6. DBのリンク切れと更新のための管理システムを構築する。
7. 項目(1)〜(4)にわたる横断検索機能を実装するための準備を開始する。
8. 植物とゲノム解析手法に精通したキュレーターとアノテータを育成する。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本4. 植物研究に関連する情報基盤の構築

H24年度までの成果
1. ポータルサイトを8月に一般公開し、9月から本格的な 運用を開始した。
2. 55の植物種の学術情報をポータルサイトに掲載した。
3. 項目(2)の情報リンクを基盤情報トップページに設定した。
4. 外部DBのリンク切れと更新のための管理システムを構築した。
5. 収集した1,093件の植物ゲノム関連DB情報からリンク切れや重複などの除去作業を実施し、709件についての情報をDBリンク集としてポータルサイトに掲載した。
6. 項目(1)〜(4)にわたる横断検索機能を実装するための準備を開始した。
7. プロジェクト補助員（3名）にキュレータ、アノテータとしての教育を行った。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本4. 植物研究に関連する情報基盤の構築

55植物の基盤情報トップページ（抜粋） 表示情報・学名（各植物情報ページへのリンク）
・和名（同上）・科名・Taxonomy ID（NCBIへのリンク）
・マーカーリスト
項目(2) DNAマーカー,・Cmap表示
QTL, 地図関連情報

 積み残し作業：
項目(1)オルソログDB関連情報,
項目(3)リソース関連情報が未掲載
整備が済んでいる植物種から順次リンクを設定©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本4. 植物研究に関連する情報基盤の構築

各植物におけるページ（例：Arabidopsis thaliana）（基本情報）

積み残し作業：
 項目整備が不十分
 項目の整理（ゲノムに関する情報）（系統分類）

 マーカーに関する情報が未掲載
整備が済んでいるものから順次リンクを設定
 関連DBに関する情報が未掲載（植物に関する説明）

整備は完了
順次リンクを設定©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本4. 植物研究に関連する情報基盤の構築

最終年度 計画
1. ポータルサイトについて、項目(1)〜(4)にわたる横断検索機能を実装し、植物統合DBを完成させる。
2. ユーザーからの意見を参考にして内容の充実を図る。
1. DBリンク集で公開している709件の各DBについて分類作業を完了させ、リンク集に反映する。
2. DBの調査を継続しリンク情報を更新する。
1. 引き続き、プロジェクト補助員にキュレーター、アノテータとしての教育を行う。
©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

http://pgdbj.jp/

新着情報
コンテンツメニュー
ユーザー用
ご意見・ご要望フォーム

H24年8月に一般公開開始
H24年9月から本格運用©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

各項目毎に整備したページへのボタン●ポータルサイトへのアクセス実績（９／１〜１２／３１）●サイトへの訪問者数：6,821件／4ヶ月間

・同日・同IPからの複数アクセスは１としてカウント
Dec/2012
期
間

1,693

Nov/2012

2,001

Oct/2012

1,973
1,154

Sep/2012
0500

1000

1500

2000

アクセス数（件）©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

2500

●ポータルサイトへのアクセス実績（９／１〜１２／３１）●30回以上アクセスのあったページ：109件／4ヶ月間●上記ページへのアクセス総数：12,894件／4ヶ月間
・項目(1)~(4)ではコンテンツが多いものほど閲覧回数が増える傾向
・未整備の横断検索へのアクセスが少なからずあるHP, その他
項目
別3,440オルソログDB
3,031

DNAマーカー

1,854

植物リソース

679

公開植物情報3,715

横断検索

175
01000

2000

3000

アクセス数（件）©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本

4000

広報・コミュニティーとの連携
パンフレット作成
学会発表、学会展示

第30回日本植物細胞分子生物学会大会・シンポジウム（奈良）・一般口頭発表、展示（2012年8月3日〜5日）
日本植物学会第76回大会（姫路）・展示（2012年9月15日〜17日）
第35回日本分子生物学会年会（福岡）・展示（2012年12月11日〜14日）
第54回日本植物生理学会年会（岡山）・DBシンポジウム、展示 （2013年3月21日〜23日）
第54回日本植物生理学会年会（仙台）・展示（2013年3月24日〜28日）

アドバイザリー委員会設置

・目的：コミュニティーへの周知、意見収集
・年２回（第一回は2012 年11月22日、東京）・外部委員９名（植物DB関係者、植物関連学会幹事等）©2013 田畑 哲之(かずさDNA研究所) licensed under CC表示2.1日本