植物ゲノム情報活用のための統合研究基盤の構築

かずさDNA研究所植物ゲノム研究部
田畑哲之
大阪大学・大学院医学系研究科
中谷明弘© 2014 田畑哲之（かずさDNA研究所）licensed under CC表示2.1日本

研究開発の背景

ゲノム機能情報

ゲノム・cDNA構造情報
クラミドモナス
シアニディオシゾン
ヒメツリガネゴケ
ゼニゴケ
イヌカタヒバ
イネ
コムギ
オオムギ
タバコ
シロイヌナズナ
ミヤコグサ
ダイズ
トマト
イチゴ
カーネーション
ハクサイ
キャッサバ
ヤトロファ
ポプラ
・・
KDRI

転写産物
代謝産物
変異体
DNAマーカー
連鎖地図

遺伝子機能ネットワーク
有用遺伝子
QTL解析
品種改良

DB
DB
DB

研究開発の背景
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JST 統合化推進プログラム H23〜H25「ゲノム情報に基づく植物データベースの統合」（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（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（３）植物リソース情報DBの統合（４）植物研究に関連する情報基盤の構築
KDRI

研究開発の現状
遺伝子オルソログDBの構築
・NCBI RefSeq DBから取得したアミノ酸配列（緑色植物20種の約50万配列とラン藻111種の約50万配列）を用いてオルソログ情報の生成及び更新を行い、アミノ酸配列、配列間類似性、種間系統関係、オルソログ情報を一体化させたオルソログDBと検索用のウェブサイトを構築
・かずさDNA研究所保有各種DB、RAP-DB、 Rice TOGO、 RiceXPRO、SALAD（農業生物資源研究所）、TAIR（米国）、RARGE、RPOPDB、TriFLDB（理化学研究所）、PHYSCObase（基礎生物学研究所）、KEGG/GENES（京都大学）内のアミノ酸配列データとリンク

KDRI

オルソログDBをハブとしたDBのリンク
各DBから取得した配列とオルソログDB内の配列を予めBLASTで対応付け

PGDBj 横断検索

TriFLDB v3（ムギ）アカクローバトマト
TriFLDB v2（ムギ）スサビノリ
KEGG/GENES（植物のみ）
EST DB
シロイヌナズナ
PHYSCObase（ﾋﾒﾂﾘｶﾞﾈｺﾞｹ）
ミヤコグサ
RPOPDB（ポプラ）
クラミドモナス
RARGE（シロイヌナズナ）
TAIR（シロイヌナズナ）
トマト
ゲノムDB
ミヤコグサ
SALAD（イネ他）
（順不同）
ヤトロファ
RiceXPro（イネ他）
Rice TOGO Browser（イネ他）
ユーカリ
RAP-DB（イネ）

配列類似性による対応付け
CyanoBase（ラン藻）NCBI RefSeq
NCBI Taxonomy

KDRI

緑色植物
オルソログ
DB

ラン藻
オルソログ
DB

20種・約50万配列

111種・約50万配列

研究開発の現状
遺伝子オルソログDBの構築
・NCBI RefSeq DBから取得したアミノ酸配列（緑色植物20種の約50万配列とラン藻111種の約50万配列）を用いてオルソログ情報の生成及び更新を行い、アミノ酸配列、配列間類似性、種間系統関係、オルソログ情報を一体化させたオルソログDBと検索用のウェブサイトを構築
・かずさDNA研究所保有各種DB、RAP-DB、 Rice TOGO、 RiceXPRO、SALAD（農業生物資源研究所）、TAIR（米国）、RARGE、RPOPDB、TriFLDB（理化学研究所）、PHYSCObase（基礎生物学研究所）、KEGG/GENES（京都大学）内のアミノ酸配列データとリンク(2) DNAマーカーおよび連鎖地図情報
・10種について75,975件のマーカー情報を収集、公開・20種について文献調査を行い、15,259件のマーカー情報1,767件のQTL情報を収集、公開・地図表示システム（遺伝地図、物理地図、地図間比較）を構築

KDRI

地図表示システムの概要

トマト遺伝地図

解析集団の選択2014年8月公開
地図間の比較

マーカーリスト連鎖群の選択KDRI

地図表示システムの概要
比較対象生物種の選択比較する遺伝地図や物理地図の選択
マップされたマーカーの検索

画像や csv ファイルのダウンロード可KDRI

研究開発の現状
遺伝子オルソログDBの構築
・NCBI RefSeq DBから取得したアミノ酸配列（緑色植物20種の約50万配列とラン藻111種の約50万配列）を用いてオルソログ情報の生成及び更新を行い、アミノ酸配列、配列間類似性、種間系統関係、オルソログ情報を一体化させたオルソログDBと検索用のウェブサイトを構築
・かずさDNA研究所保有各種DB、RAP-DB、 Rice TOGO、 RiceXPRO、SALAD（農業生物資源研究所）、TAIR（米国）、RARGE、RPOPDB、TriFLDB（理化学研究所）、PHYSCObase（基礎生物学研究所）、KEGG/GENES（京都大学）内のアミノ酸配列データとリンク(2) DNAマーカーおよび連鎖地図情報(3) 植物リソース情報

・10種について75,975件のマーカー情報を収集、公開・20種について文献調査を行い、15,259件のマーカー情報1,767件のQTL情報を収集、公開・地図表示システム（遺伝地図、物理地図、地図間比較）を構築

・理研BRCのSABREシステムを拡充、BRCとNBRPが保有する14種150万件のバイオリソース情報をPGDBj横
断検索システムから統合検索可能に・カンキツ類のリソース情報を近畿大、果樹研究所から収集

KDRI

リソース情報の統合

NBRP
(遺伝研)

KDRI

BRC
(理研)

カンキツ
リソースDB

研究開発の現状
遺伝子オルソログDBの構築
・NCBI RefSeq DBから取得したアミノ酸配列（緑色植物20種の約50万配列とラン藻111種の約50万配列）を用いてオルソログ情報の生成及び更新を行い、アミノ酸配列、配列間類似性、種間系統関係、オルソログ情報を一体化させたオルソログDBと検索用のウェブサイトを構築
・かずさDNA研究所保有各種DB、RAP-DB、 Rice TOGO、 RiceXPRO、SALAD（農業生物資源研究所）、TAIR（米国）、RARGE、RPOPDB、TriFLDB（理化学研究所）、PHYSCObase（基礎生物学研究所）、KEGG/GENES（京都大学）内のアミノ酸配列データとリンク(2) DNAマーカーおよび連鎖地図情報(3) 植物リソース情報

・10種について75,975件のマーカー情報を収集、公開・20種について文献調査を行い、15,259件のマーカー情報1,767件のQTL情報を収集、公開・地図表示システム（遺伝地図、物理地図、地図間比較）を構築

・理研BRCのSABREシステムを拡充、BRCとNBRPが保有する14種150万件のバイオリソース情報をPGDBj横断検索システムから統合検索可能に・カンキツ類のリソース情報を近畿大、果樹研究所から収集

植物研究に関連する情報基盤
・55種について基本情報と生物分類情報を公開
・33種についてゲノム概要と解読手法を収集し各ゲノムDBへリンク
・553件の関連DBを調査し、カテゴリー分類してリンク
KDRI

研究開発の現状
PGDBj ポータルサイト
Plant Genome DataBase Japan
http://pgdbj.jp

リソース

オルソログDB

マーカー
QTL
基本情報
KDRI

横断検索機能英語版PGDBjPGDBj内のDBの依存関係（〜2013年度）

KDRI

研究開発の現状

横断検索機能英語版PGDBjを公開

PGDBj ポータルサイト
Plant Genome DataBase Japan
http://pgdbj.jp

リソース

8月
6月
H26年4月2月12月10月
8月
H25年 6月
4月2月12月
H24年 10月
8月
0

マーカー
500
1000
QTL
訪問者数
基本情報

(人)
総数＞25,000件
KDRI

8月
6月
4月
2月
12月
10月
8月
6月
4月
2月
12月
10月
8月
1500

オルソログDB

05000
訪問数（延べ数）(件)
総数＞63,000件

10000研究開発のねらいと構想
・平成23年度から25年度の統合化推進プログラムにおいて統合化のハブとして構築したポータルサイトPGDBjのコンテンツを充実させる
・統合化推進プログラムの他課題との連携を深め、横断検索機能の拡充を図る

植物ゲノム情報活用のための統合研究基盤の構築（１）遺伝子オルソログDBの拡充による植物ゲノムDBの統合（２）植物リソースDBの拡充による植物ゲノムDBの統合（３）DNAマーカー情報の拡充による植物ゲノムDBの統合（４）DB間の連携による統合化（５）オントロジーの整備による横断検索の効率化（６）ゲノム情報のアノテーションの高度化
日本植物学会
日本植物生理学会
日本植物細胞分子生物学会
KDRI

（１）遺伝子オルソログDBの拡充による植物ゲノムDBの統合
・現在のオルソログDBで用いられている配列データの更新
RefSeq Release 66 (July 2014)
・新たにゲノム配列が解読された植物種の追加
・オルソログテーブルや遺伝子情報ページ等について表示システムの改善
・RefSeqに加えて、個々の植物関連DBで定義された遺伝子配列を利用
・アノテーション高度化のため、他のDBとのリンクを充実
対象：ドメインや代謝経路関連DB、PGDBjのリソースやマーカーDB、統合化推進プログラムの他課題、理研BRCのSABRE、等■シロイヌナズナ×■イネ■両方で含有■両方で欠損KDRI■シロイヌナズナ×■ヒメツリガネゴケ

（２）植物リソースDBの拡充による植物ゲノムDBの統合
・SABRE DB、NBRP DBに登録されている植物種に、新たな植物リソース情報を追加
対象：オランダイチゴ、カーネーション（ゲノム配列、DNAマーカー；かずさDNA研）、ダイコン（ゲノム配列、DNAマーカー；東北大）、トマト（変異系統；筑波大）、ナス（ゲノム配列、DNAマーカー；農研機構）、スサビノリ（ゲノム・cDNA配列、DNAマーカー；遺伝研、北海道大）、等

・リソースの配列情報に基づくオルソログDBとの連携を図り、リソースと遺伝子情報の関連付けが行えるツールを整備、提供

KDRI

（３）DNAマーカー情報の拡充による植物ゲノムDBの統合
・国内外でゲノム解読やDNAマーカー整備が行なわれた55植物種に、新たにゲノムが解読された植物等25種を加えて、マーカーやQTL情報のキュレーションを継続
・重要な農業形質（病害抵抗性，環境ストレス耐性，収量など）に関する遺伝子、アリル、DNAマーカー情報を文献から収集し、ゲノム配列上に位置づけることによって配列情報に基づく検索・比較ツールを構築し提供
25種を新たに追加
キウイフルーツ、テンサイ、アンボレラ、
ギニアアブラヤシ、キク、ルベラナズ
ナ、アサ、サツマイモ、スイカ、ヒヨコマ
メ、ソラマメ、クリ、マレーヤマバショウ、
ドイツトウヒ、カナダトウヒ、テーダマツ、
セイヨウナシ、ナシ、ウメ、スイートオレ
ンジ、キヌワタ、モウソウチク、ゴマ、アワ、ホウレンソウ

KDRI

植物病理論文のキュレーション

（４）DB間の連携による統合化
・統合化推進プログラムの他課題との連携を深めるため、PGDBjのオルソログDB、リソースDB、マーカーDBのデータのセマンティックウェブ（RDF）化を実施
・PGDBj内の各種DBおよび統合化推進プログラムの他課題、そして他の研究機関のDBとの連携を模索
 RDF化に基づくDBの統合
 PGDBj内部DBのコンテンツからRDFデータを生成 RDFデータを格納するDB（トリプルストア）の運用
 検索言語SPARQLの検討
 検索インターフェースの開発
 横断検索システムへの検索APIを外部サイトへ配布し、DB間の連携を拡大連携するDB PGDBjの内部DB同士
 統合化推進プログラムの他課題
 「ゲノム・メタゲノム情報統合による微生物ＤＢの超高度化推進」
 「生物種メタボロームモデル・データベースの構築」
 「生命と環境のフェノーム統合データベース」
 かずさDNA研究所が保有するDBKDRI

ゲノム関連DB：ミヤコグサ、ヤトロファ、ユーカリ、トマト
EST関連DB：トマト、シロイヌナズナ、ミヤコグサ、スサビノリ、アカクローバ、クラミドモナス

（５）オントロジーの整備による横断検索の効率化
・PGDBjの内部DB (オルソログ、リソース、マーカー ) と外部DBコンテンツの連携強化を図るため、Gene Ontology (GO)やPlant Ontology (PO) に基づく記述を充実
・辞典や書籍からオントロジーとして整備する用語をまとめる
・プロジェクト内オントロジー整備ワーキンググループと植物学会が恊働し、様々な分野の専門家から意見聴収を行いながら、オントロジーの整備を進める（６）ゲノム情報のアノテーションの高度化
・PGDBjの内部DB (オルソログ，リソース，マーカー )に登録されている遺伝子配列に加え、マーカー付随配列を物理地図上に集約させる
・オルソログ遺伝子やミュータントの原因遺伝子等の遺伝子配列に対して、タンパク質の機能情報のハブとして高精度にマニュアルキュレーションされたUniProtKBに対するBLAST検索を行うことで、UniProtKBとのリンクを張る・モチーフやタンパク質立体構造、代謝経路など他のDBとリンクを張ることで、アノテーションの高度化を図る
KDRI全体像とその他の検討課題
植物ゲノム情報と横断検索機能を拡充させたPGDBjの構築
植物学会との連携（１）遺伝子オルソログDBの拡充による植物ゲノムDBの統合（２）植物リソースDBの拡充による植物ゲノムDBの統合（３）DNAマーカー情報の拡充
による植物ゲノムDBの統合（４）DB間の連携による統合化（５）オントロジーの整備による横断検索の効率化（６）ゲノム情報のアノテーショ
ンの高度化

統合化推進プログラムの他の採択課題との連携
他の研究機関のDBとの連携
関連学会での広報活動
海外の植物関連DBとの連携

KDRI