遺伝子の配列多様性に基づく新規メタゲノムデータ解析手法の確立

基于基因序列多样性的宏基因组数据分析新方法的建立

• 批准号: 15J08604
• 负责人: 平岡 聡史
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J08604/
• 关键词: メタゲノム解析; PacBio; DNAメチル化; メタエピゲノム解析; 琵琶湖; メタゲノム; 水圏微生物; ゲノム; 配列多様性; バイオインフォマティクス; 温泉; 原核微生物; 手法開発

本研究では、遺伝子順序や遺伝子コード配列の多様性を情報量として利用した、メタゲノムショットガンリードデータの新規解析手法を開発することを目標としてきており、その実データ取得のため、本年度は実際の環境中の細菌叢サンプリングを対象に、PacBioシーケンサを用いたショットガンシーケンスを行ってきた。実験的な制約や微生物生態学的なインパクトという観点から、様々な環境サンプルを検討した結果、本研究では日本最大の湖である琵琶湖の淡水環境の微生物叢を対象にした。微生物サンプリングはすでに昨年度に完了しており、本年度はDNA抽出とサンプル調製、およびCircular Consensus Sequencing (CCS)法によるショットガンシーケンスを行った。シーケンスの結果、高い塩基配列決定精度(>97%)をもつCCSリードを計約30万本取得できた。データ解析を行う中で、リード数やリード長の制約のため本研究課題で提案していた解析手法を実証することが困難であることが予見されたため、研究の方向性を修正し、得られたデータを用いて環境微生物のDNAメチル化に関するデータ解析を行うことにした。ゲノムアセンブリとビニングの結果、複数のドラフトゲノムを得られ、その大半は難培養性で琵琶湖に優占している細菌種に由来していることが予想された。さらにこれらのゲノム中から、新規のものを含む複数のメチル化モチーフを検出し、対応するメチル化酵素(MTase)遺伝子を推定できた。これらの予測された関係性のうち、今まで文献等で報告されたことがない新規の関係性が示唆された4組に関して、大腸菌を用いた実験系で対応関係を実証することができた。本研究は、難培養性微生物が優占する環境微生物のDNAメチル化を菌株網羅的に検証した先駆的な解析例を提供するものであり、現在原著論文を投稿準備中である。

This study aims to develop a new method for analyzing the diversity of gene sequences and gene arrays, and to develop a new method for analyzing the diversity of gene sequences and gene arrays. The results of this study show that the microbial community in the freshwater environment of Lake Biwa, the largest lake in Japan, has been studied. Microbiological isolation was completed last year, and DNA extraction, isolation modulation, and Circular Consensus Sequencing (CCS) were implemented this year. The results of CCS selection, high accuracy (>97%), and CCS selection are estimated at approximately 300,000 copies. This research topic is about the analysis of DNA in the environment. The results of the study showed that most of the bacteria were difficult to cultivate and most of them were difficult to cultivate. In addition to the above, the new method includes the detection of multiple MTase genes and the estimation of MTase genes. The relationship between the two groups of bacteria is discussed in detail in this paper. In this study, we will provide an analysis of the DNA diversity of environmental microorganisms and provide an example of how to prepare the original paper.

项目成果

遺伝子の配列・順序多様性に基づく新規メタゲノムデータ解析手法の確立

基于基因序列/顺序多样性的宏基因组数据分析新方法的建立

• 发表时间: 2015
• 作者: Satoshi Hiraoka and Wataru Iwasaki;平岡聡史，岩崎渉
• 通讯作者: 平岡聡史，岩崎渉

東北大地震の被津波土壌に生息する微生物のゲノム解析及びメタゲノム解析．

东北地震海啸土壤中微生物的基因组和宏基因组分析。

• 发表时间: 2016
• 作者: M. Onuki;S. Ono;K. Shirai;and Y. Tanaka;平岡聡史，町山麻子，伊知地稔，井上健太郎，大島健志朗，服部正平，吉澤晋，木暮一啓，岩崎渉．
• 通讯作者: 平岡聡史，町山麻子，伊知地稔，井上健太郎，大島健志朗，服部正平，吉澤晋，木暮一啓，岩崎渉．

雨水中細菌叢解析から探る、大気を介した微生物の移動

通过雨水微生物组分析探索微生物在大气中的运动

• 发表时间: 2017
• 作者: 平岡聡史;宮原雅也;藤井和史;町山麻子;岩崎渉
• 通讯作者: 岩崎渉

Bioinformatic Analyses Reveal Microbial Adaptation to Environmental Changes and Transport across Sea, Land, and Sky.

生物信息学分析揭示微生物对环境变化的适应以及海洋、陆地和天空的运输。

• 发表时间: 2017
• 作者: 平岡聡史;宮原雅也;藤井和史;町山麻子;岩崎渉;永松隆汰，小貫真希，崎山亮恵，飯塚雄基，田中雄一;Satoshi Hiraoka.
• 通讯作者: Satoshi Hiraoka.

Genomic and metagenomic analysis of microbes in a soil environment affected by the 2011 Great East Japan Earthquake tsunami.

• DOI: 10.1186/s12864-016-2380-4
• 发表时间: 2016-01-14
• 期刊: BMC genomics
• 影响因子: 4.4
• 作者: Hiraoka S;Machiyama A;Ijichi M;Inoue K;Oshima K;Hattori M;Yoshizawa S;Kogure K;Iwasaki W
• 通讯作者: Iwasaki W