Establishment of technology for the evolutionary analysis of transposable elements in animal and plant genomes

动植物基因组转座元件进化分析技术的建立

• 批准号: 21J10716
• 负责人: 舛谷 万象
• 金额: $ 0.9万
• 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: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10716/
• 关键词: DNAシークエンサー; ゲノムアセンブリ; バイオインフォマティクス; 長鎖リード; DNAシークエンシング

本年度は、昨年度開発したアルゴリズムを用いたソフトウェアを開発し、論文投稿を行った。具体的には、ヒトのような両親から染色体を1セットずつ受け取る二倍体のゲノムにおいて、相同染色体のそれぞれの配列を再構成（アセンブル）するソフトウェアを開発した。これまで、この二倍体ゲノムのアセンブリという問題は、複数のDNAシークエンサーを用い、大量のデータを用いなければ正確な結果を得られなかった。しかし、本手法では単一のシークエンサーからの出力で実行することができた。手法としては、二本のDNA配列に対して、それらの間の対応関係（アラインメント）の良さ（アラインメント・スコア）を計測したのち、片方の配列を微小に変更したときのスコアの変化を高速に計算するアルゴリズムを開発した。これにより、相同性が高い領域において、DNAシークエンサーから出力されたリードがどちらの相同染色体に由来するかを、高速かつ正確に推定できるようになった。補完的な手法として、相同性が低い領域に対して、両親ごとに別途アセンブリを構築することによって、二倍体アセンブリのソフトウェアを開発した。本ソフトウェアは複数のシミュレーションデータおよび、Oxford nanopore technology社のPromethIONシークエンサーによって読み取られたヒトゲノムの2サンプル4領域における実データによって検証された。具体的には、主要組織適合遺伝子複合体（MHC領域）、LILR-KIR領域といった医学・薬学応用上も重要な領域に対して、既存のアセンブラと整合的な配列を、より少ないデータから生成した。本ソフトウェアはGitHub上で公開されている（https://github.com/ban-m/jtk）。

今年，我们利用去年开发的算法开发了软件，并提交了论文。具体来说，他们开发了一种软件，可以重建（组装）二倍体基因组中同源染色体的序列，该基因组像人类一样从每个父母那里接收一组染色体。到目前为止，组装二倍体基因组的问题需要使用多个DNA测序仪和大量数据才能获得准确的结果。然而，可以使用单个定序器的输出来执行该方法。该方法是测量两个 DNA 序列之间的对应性（比对分数），然后快速测量当其中一个序列发生轻微变化时分数的变化。我们开发了一种算法来计算这一点。这使得快速准确地估计 DNA 测序仪的读取输出源自哪条同源染色体的高同源性区域成为可能。作为一种补充方法，我们通过为每个亲本的低同源性区域构建单独的组件来开发二倍体组装软件。该软件通过牛津纳米孔技术的 PromethION 测序仪读取的两个样本和四个人类基因组区域的多个模拟数据和真实数据进行了验证。具体来说，我们使用较少的数据生成了与医学和制药应用重要区域（例如主要组织相容性复合体（MHC 区域）和 LILR-KIR 区域）的现有组装程序一致的序列。该软件发布在 GitHub (https://github.com/ban-m/jtk) 上。