日本育種学会 第130回講演会 2016年秋季 鳥取大学
2016年9月24日（土）W04 データベース講習会

RAP-DB：イネゲノムアノテーションデータベースとTENOR：12種類の非生物的ストレスおよび植物ホルモン処理
条件下におけるイネのトランスクリプトームデータベース

川原 善浩 1,2、脇本 泰暢 3、坂井 寛章 2、 岸川 (広実) 朋子 2,
松本 隆 1, 伊藤 剛 2
1 農研機構 次世代作物開発研究センター
2 農研機構 高度解析センター
3 ビッツ株式会社「農研機構」は国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構のコミュニケーションネームです。

イネの参照ゲノムおよびアノテーション情報を提供するデータベース

http://rapdb.dna.affrc.go.jp/
2006年1月に論文発表、DB公開 （実は10周年）
2013年1月にメジャーアップデート、今年の8月にマイナー更新

月間 20万 ページビュー、1万5千 訪問回数
昨年の夏にサイバー攻撃を受けて一時停止。
再開後、アクセスは回復、増加しつつある
サイバー攻撃を受けて一時公開停止

2013年、2種類存在したイネゲノムが統一された、が・・
Kawahara Y et al. Rice 2013, 6:4

正式名称は、
Os-Nipponbare-ReferenceIRGSP-1.0 pseudomolecules

しかしながら、依然としてゲノムアノテーションを提供するDBは2つ
RAP-DBMSU Rice Genome Annotation
Project Database

http://rapdb.dna.affrc.go.jp/

http://rice.plantbiology.msu.edu/

２つのアノテーションデータベースの違い
RAP-DBMSU Rice Genome Annotation
Project Database

最新バージョン

IRGSP-1.0 annotation(release 2016-08-05)

RGAP Release 7(release 2013-02-06)

更新頻度

年2回ぐらいのデータ更新

更新なし

登録遺伝子数

45,990 loci
- 33,279 タンパク質コード遺伝子
2,190 タンパク質非コード遺伝子- 10,521 予測遺伝子

55,986 loci
- 39,045 Non-TE- 16,941 TE

遺伝子名の扱いCGSNL Gene Symbol/Name

遺伝子名等の情報なし

遺伝子名、シンボルの検索や閲覧が可能になり、より使いやすく
Rice (2008) 1:72-84

遺伝子名の登録、管理、公開

Os06g0275000, Os08g0174500,
Os06g0157700, Os06g0142600,
Os03g0762000, Os03g0793500,
Os07g0695100, Os07g0261200,
Os07g0261200

Hd1, Hd5, Hd3a, Hd17, Hd6,Hd16, Hd2, Hd4, Ghd7

出穂期関連遺伝子マニュアルキュレーションによるアノテーションの高度化と更新
文献精査、遺伝子の構造・機能情報等の抽出

検証、確定

キュレータ

データ更新は年2回ほど、年間約300遺伝子についてキュレーションシステムによる遺伝子構造や機能、遺伝子名の編集

RAP-DBの機能の紹介

様々なキーワードで遺伝子情報を検索する

Sh4

遺伝子ID、遺伝子名、遺伝子シン
ボル、機能情報、Gene Ontolgy、機能ドメインなどで検索が可能。

検索結果と遺伝子情報ページ（Details View）

外部DB• InterProの機能ドメイン• KEGGの代謝マップ• Oryzabaseの遺伝子情報• TENORの遺伝子発現情報などへのリンク• 遺伝子ID• 遺伝子機能情報• 転写産物のエビデンス情報• タンパク質のエビデンス情報• 遺伝子名・シンボル• 文献情報ホモロジー検索（BLAST/BLAT）

その他のツール

抽出したい情報（例：遺伝子機能情報）

対象の遺伝子、領域（例：遺伝子IDリスト、座標やDNAマーカーによるゲノム領域指定）

出力フォーマット（FASTA、txt、Excel）

GBrowse: 遺伝子などのゲノム上の様々な領域の位置情報

遺伝子構造（RAP−DB）

遺伝子構造（MSU）

リピート配列遺伝子発現データベースとの相互リンク

遺伝子情報ページ（Details View）

TENORとはどんなデータベース？
TENOR (Transcriptome ENcyclopedia Of Rice)
様々な条件下でサンプリングされたmRNA-Seq法によるイネの遺伝子発現
プロファイルデータベース

URL
http://tenor.dna.affrc.go.jp

Publication
Kawahara Y. et al.
Plant Cell Physiol. 2016 57 (1):doi: 10.1093/pcp/pcv179

Funding
This work was supported by a grant from the Ministry of Agriculture, Forestry
and Fisheries of Japan (Genomics for Agricultural Innovation, RTR1001).

サンプリング条件
10種の非生物学的ストレスと2種の植物ホルモン処理条件、（と、無処理のコントロール）

発芽後10日目の日本晴の幼苗の葉と根ストレスやホルモン処理後、複数のタイムポイント(0h, 1h, 3h, 6h, 12h, 1d, 3d, 4d, 5d, 10d)

合計、140条件(ちなみに、2,500億塩基、35億リード)

10種の非生物学的ストレスと2種の植物ホルモン処理条件
Salinity a

Low CdOsmoticLow Pi b

Very-low Cd

JAHigh Pi bDroughtABA

High Cd cFloodCold

No treatment

Previous studies published from our groupa. Mizuno H, Kawahara Y et al. (2010) BMC Genomics
b. Oono Y, Kawahara Y et al. (2011) Ricec. Oono Y, Yazawa T, Kawahara Y et al. (2014) PLoS One

Hydroponic cultivation in growth chamber(at 28ºC temperatures, 16h-light/8h-dark cyclewith the light period from 6:00 A.M. to 10:00 P.M.,
and 70-80% relative humidity)

17

全てのサンプルで実験や解析手法が統一されている
All experiments were performed
at a single laboratory
under standardized conditions
using a single analysis platform (mRNA-Seq)••a highly reliable resourcea standard data set

for comprehensive understanding of genome-wide gene
expression under the various conditions

1塩基レベルでの転写活性情報を提供
Use of mRNA-Seq technique provides- transcriptional activity at single nucleotide resolution- expression profile of unannotated transcripts

This transcript might
be truncatedDistribution of mRNA-Seq reads
on Genome browser

データベースに未登録の転写産物も明らかに
Use of mRNA-Seq technique provides- transcriptional activity at single nucleotide resolution- expression profile of unannotated transcripts

No RAP-DBtranscript

mRNA-Seq-based
predicted transcripts

Low P, 5d, RootDistribution ofmRNA-Seq reads

Cold, 1d, Root

Drought, 1d, Root

遺伝子予測プログラム PARPNTE とは

PARPNTE (Training)

PARPNTE, which is our in-house gene
prediction program, integrates alignmentsof mRNA-Seq reads (depth of coverage andsplice junction) and a HMM-based algorithm
for prediction of transcript structures andcoding sequences.

PARPNTE (Prediction)

Program

Transcripts

Loci

Multi-exon
transcripts

Base
Sn Sp

Exon
Sn Sp

IntronSn Sp

PARPNTE

48,366 38,228

30,293

51.2

64.1

52.4

58.9

70.1

80.6

Cufflinks

45,415 30,617

30,24959.0

50.8

49.154.2

69.3

79.5

新規遺伝子の構造や発現量No. of loci

Mean transcript
length (bp)

Mean no. ofexons

Mean exp. level(RPK)- with mRNA evidence

35,4691,580.0

912.0

4.3

327.9

- ab initio pred. with EST

2,400

1,067.0

1,067.1

3.0

59.2

RAP-DB predicted genes

8,121

541.3

541.3

1.6

4.7

742

2,069.1

552.8

2.3

40.1

- PARPNTE non-coding

2,274

1,281.2

–

2.0

48.5

- Cufflinks genes

1,263

943.4

–

1.8

22.5

Category

Mean CDS
length (bp)

RAP-DB representative genesUnannotated genes- PARPNTE protein-coding

実際の発現情報に基づいているため、ab initio遺伝子予測によって予測された遺伝子よりも信頼度が高そう。

URL入力でもGoogle検索でもURL

http://tenor.dna.affrc.go.jp

遺伝子発現情報への3つのアクセス方法

by Keywords

by Genomic
coordinates

by Responsiveexpression
profiles１．キーワード検索
SPX genes play importantroles in phosphorus
signaling network
regulating root growth andphosphorus homeostasis

Enter keywords(transcript ID/description)キーワード検索の結果
Conditions

FC: fold-changes relative FDR: statistical significances
to the control samples

of differential expressions

２．発現プロファイルによる検索

by Responsiveexpression
profiles「リン酸欠乏の５日目と１０日目で誘導される」遺伝子の検索
Set searchparameters

Specify responsive
expression patterns

リン酸欠乏によって誘導される遺伝子群

Pi transporters

SPX genes外部データベースや発現プロファイルビューアへのリンク

GB: Genome Browser
EPV: Expression Profile Viewer
RAPDB: Rice Annotation Project DB (RAP-DB)
XPro: RiceXPro
CoExp: List of co-expressed genes

Expression Profile Viewer

By hovering the mouse cursor over,
You can quickly overview expression profiles

Expression Profile Viewer

Output: PNG, Table View and CSV
Change scale: logarithmic/arithmetic

３．ゲノム位置情報から発現情報へ

by Genomic
coordinates

Genome Browser (GBrowse)

Transcripts
cis-regulatoryelements

distribution ofmRNA-Seq reads

Link to GBrowse: http://tenor.dna.affrc.go.jp/gb2/gbrowse/rnaseq_db/?chr06:12,679,000..12,713,999

Genome Browser (GBrowse)

Genome Browser (GBrowse)

Genome Browser (GBrowse)

各遺伝子の上流1kbのシス転写調節配列（PLACE）

リン酸欠乏で誘導される遺伝子の上流を並べてみると共発現遺伝子のリスト

By clicking, you can get
the list of co-expressed transcripts

共発現遺伝子のリスト

PCC: Pearson’s correlation of coefficientRAP−DBやRiceXProへのリンク様々なデータをまとめてダウンロード可能

mRNA-Seq-based predicted transcripts(GFF/GTF/FASTA)

cis-regulatory elements (GFF)

normalized expression profiles (tab-delimited txt)

TENOR論文

enriched GO
Similarity of responsive
transcriptome

enriched cis-elements
Kawahara Y. et al.
Plant Cell Physiol. 2016 57 (1):doi: 10.1093/pcp/pcv179

TENORの概要

Search by Keywords/responsive
expression profiles

Transcriptional activity atsingle nucleotide resolution
under the 140 conditions
Expression profiles &co-expression information

cis-regulatory elementご質問やご意見等ありましたらご連絡下さい。

rapdb@ml.affrc.go.jp

tenor@ml.affrc.go.jp

遺伝子アノテーションや構造の誤り、アノテーション情報がついていない
遺伝子についての論文を出した（出ている）なども是非お願いします！