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大学院统合生命科学研究科 特任教授 坊農秀雅
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＜报道に関すること＞
広岛大学広报室
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(注: ＊は半角@に置き換えてください)
研究成果のポイント
- 本研究グループでは、公共データベースを利活用してミツバチのゲノム配列解析を行ってきましたが、再现性のある遗伝子配列データ解析をはじめとしたデジタルトランスフォーメーション(バイオ顿齿)のためにはきちんとした遗伝子配列セットが必要とされてきました。
- そこで今回、公共データベース中から利用可能なセイヨウミツバチの遗伝子発现データを専门家の目によって选び抜き、该当するデータをすべて再解析することによって网罗的な参照遗伝子セットとして构筑しました。
- 今回构筑した参照遗伝子セットを利用して、感染症に関连したセイヨウミツバチの遗伝子発现データの再解析を行い、新规の免疫関连候补遗伝子を复数同定しました。この解析手法は、今回の解析事例のみならずさまざまな生物学的现象に関係する遗伝子群のデータ駆动的な探索手法として今后活用できると期待されます。
概要
広島大学大学院统合生命科学研究科の若宮健研究員(当時)と坊農秀雅特任教授、農研機構の横井翔主任研究員の研究グループは、公共遺伝子発現データからミツバチの参照遺伝子セットを構築し、それを用いたトランスクリプトームデータ解析手法を構築しました。
ミツバチは蜂蜜の生产や施设栽培の野菜や果物における花粉媒介に不可欠な経済的に重要な昆虫种です。そのため、ミツバチの代表的な种であるセイヨウミツバチ(Apis mellifera)を中心に昆虫学的な研究において幅広く研究されてきました。バイオデジタルトランスフォーメーション(バイオ顿齿)は昆虫を含む様々な生物种における遗伝子情报などの生物に関するデジタルデータを駆使した解析を意味します。この解析の中には遗伝子配列データ解析などが含まれます。これらの解析によって、これまでにない様々な有用な生物机能をゲノム编集で付与することが可能になると期待されています(例えば病気に强いミツバチなど)。再现性のある遗伝子配列データ解析をはじめとしたバイオ顿齿を推进するためには、基準となる参照遗伝子セットが必要不可欠です。
本研究では、公共データベース中から利用可能なセイヨウミツバチの遗伝子発现データをすべて再解析することによって、149,685种类の転写产物(16,735遗伝子由来)からなる参照転写产物データセット(参照トランスクリプトームデータセット)を构筑しました。复数のモデル生物や昆虫种のタンパク质配列データセットを用いて、构筑したタンパク质配列の约半分に机能情报を付与(アノテーション)することができました。
构筑した参照転写产物データセットの有用性を确认するため、公共データベースにあるトランスクリプトームデータセットを利用した新规の免疫反応関连遗伝子の探索に用いました。その结果、ウイルスとバクテリアの感染に反応して発现が変动する遗伝子を复数同定しました。このメタ解析の结果、参照遗伝子セットは、セイヨウミツバチのトランスクリプトーム解析に使用できることが示されました。この研究で用いられた解析手法は、ミツバチの感染症の研究のみならず他の研究分野にも展开可能な手法と考えています。
本研究成果はスイスの出版社 Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)の Insects 誌に10月14日に掲載されました。
论文情报
- 着者
Kakeru Yokoi, Takeshi Wakamiya, Hidemasa Bono*
* Corresponding author(責任着者) - 论文题目
Meta-analysis of the public RNA-Seq data of the Western honeybee Apis mellifera to construct reference transcriptome data - 掲载雑誌
Insects
DOI: 10.3390/insects13100931
発表内容
【研究の背景】
ミツバチは経済的にも生态的にも重要な昆虫种です。蜂蜜の生产に不可欠なだけでなく、农作物と野生植物の両方の受粉を媒介する昆虫です。また、社会性昆虫のモデル种として、昆虫学の研究分野においても长年研究されています。とくにセイヨウミツバチ(Apis mellifera)は、生物学的研究、受粉媒介、蜂蜜生产等に広く応用されている代表的なミツバチ种です。その有用性から、ゲノム配列解読が古くからなされ、2006年にその参照ゲノム配列データが公开されました。参照ゲノム配列データは継続的に更新され、顿狈础配列决定技术の进歩に伴い、2019年に染色体レベルのゲノム配列データが公开されました。セイヨウミツバチのゲノムおよびトランスクリプトームデータを用いた研究によって、分子および遗伝学的証拠に基づく新しい洞察が発表されたことなどもあり、搁狈础-厂别辩によるトランスクリプトーム解析が进められてきています。
【研究成果の内容】
本研究では、公共データベース中から利用可能なセイヨウミツバチの遗伝子発现データをすべて再解析することによって、149,685の遗伝子配列と194,174のタンパク质配列からなる参照遗伝子セットを构筑しました(図1)。复数のモデル生物や昆虫种のタンパク质配列データセットを用いて、构筑したタンパク质配列の约半分に机能情报を付与(アノテーション)することができました。
さらに、构筑した参照遗伝子セットの有用性を确认するため、公共データベースにあるミツバチの感染症に関连するトランスクリプトームデータセットを利用した新规の免疫反応関连遗伝子の探索に用いました(図1)。その结果、ウイルスとバクテリアの感染に反応して発现が増加または减少する遗伝子を3-20个同定しましたが、その中にはこれまで昆虫において免疫に関连すると知られている遗伝子は含まれていませんでした。また、オートファジー関连タンパク质3は、ウイルス感染によって発现が减少いることが确认されましたが、このことはオートファジーがウイルス性免疫反応に関与していることを示唆しています。
以上の解析の结果から、参照遗伝子セットはセイヨウミツバチのトランスクリプトーム解析に使用できることが示されました。この研究で用いられた解析手法は、ミツバチの感染症の研究のみならず他の様々な研究分野にも展开可能な手法と考えています。
【今后の展开】
开発した解析手法は、ミツバチの研究における有用なデジタルリソースとなり、ゲノム编集を利用した有用形质を付与したミツバチの作出につながると期待されます。また、ミツバチばかりでなく、农业や畜产に重要な生物のゲノム编集に向けてその遗伝子発现データを解析する际の强力なデータ解析手段となることが期待されます。
図1 本研究の全体図
用语説明
※参照配列：ここでは転写产物の参照配列のことを指す。各転写产物の発现量を定量するために参照する配列のこと。
※搁狈础-蝉别辩：サンプル中の検出可能なすべての遗伝子について、その配列の解析や発现量を网罗的に测定できる技术。
対象とする厂顿骋蝉:
SDGs 3 すべての人に健康と福祉を
SDGs 9 産業と技術革新の基盤をつくろう
【お问い合わせ先】
