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THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
高スループットシーケンサのコモディティ化が変えた
分類学と系統学の研究サイクル
神戸大・理
田辺晶史
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
分類学における研究サイクル
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
分類学における研究サイクル
採集
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
分類学における研究サイクル
採集
新種発見
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
分類学における研究サイクル
採集
記載分類
新種発見
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
分類学における研究サイクル
採集
記載分類
分類体系の充実
新種発見
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
分類学における研究サイクル
採集
記載分類
分類体系の充実
新種発見
難易度上昇
新種発見
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
メタゲノム
環境 DNA
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列
メタゲノム
環境 DNA
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタゲノム
環境 DNA
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
生物相の把握
メタゲノム
環境 DNA
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
生物相の把握
(Toju et al. 2013)
植物の根に共生する真菌相
を把握できる
メタゲノム
環境 DNA
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノム
環境 DNA
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
生物相の把握
(Toju et al. 2013)
植物の根に共生する真菌相
を把握できる
メタバーコーディング
THE ACCELERATED
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メタゲノム
環境 DNA
メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
生物相の把握
(Toju et al. 2013)
植物の根に共生する真菌相
を把握できる
膨大な労力を要する直接観察なしに
生物相を把握できる
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
THE ACCELERATED
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メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
メタバーコーディング
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
メタバーコーディング
新種発見
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
メタバーコーディング
従来法による記載分類
新種発見
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
メタバーコーディング
従来法による記載分類
DNA データベース充実
新種発見
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メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
メタバーコーディング
従来法による記載分類
DNA データベース充実
新種発見新種発見
難易度上昇
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メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
メタバーコーディング
従来法による記載分類
DNA データベース充実
新種発見
生物相把握
能力向上
新種発見新種発見
難易度上昇
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
メタバーコーディング
従来法による記載分類
DNA データベース充実
新種発見
生物相把握
能力向上
新種発見新種発見
難易度上昇
容易にコピー・検索できる DNA 情報
に基づいているため、記載が進み、
データベースが充実するほど
新種探索・生物相把握能力が向上する
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
メタゲノム
環境 DNA
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
PCRで特定の遺伝子座を増幅
                
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
PCRで特定の遺伝子座を増幅
同時にサンプル識別用タグ配列付加
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
PCRで特定の遺伝子座を増幅
同時にサンプル識別用タグ配列付加
多サンプルを混合してHTSで解読
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
                  
     … demultiplexing
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
配列から低品質な部位を除去
                  
     … demultiplexing
   ……… quality-trimming
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
配列から低品質な部位を除去
低品質な配列を除去
                  
     … demultiplexing
   ……… quality-trimming
 …………… quality-filtering
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
配列から低品質な部位を除去
低品質な配列を除去
ノイズの多そうな配列を除去
                  
     … demultiplexing
   ……… quality-trimming
 …………… quality-filtering
   ……… denoising
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
配列から低品質な部位を除去
低品質な配列を除去
ノイズの多そうな配列を除去
キメラと思われる配列を除去
                  
     … demultiplexing
   ……… quality-trimming
 …………… quality-filtering
   ……… denoising
   ……… chimera removal
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
配列から低品質な部位を除去
低品質な配列を除去
ノイズの多そうな配列を除去
キメラと思われる配列を除去
類似度n%以上の配列をまとめる
                  
     … demultiplexing
   ……… quality-trimming
 …………… quality-filtering
   ……… denoising
   ……… chimera removal
    …… clustering
メタゲノム
環境 DNA
THE ACCELERATED
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
配列から低品質な部位を除去
低品質な配列を除去
ノイズの多そうな配列を除去
キメラと思われる配列を除去
類似度n%以上の配列をまとめる
類似する既知配列からホスト生物を推定
     … demultiplexing
   ……… quality-trimming
 …………… quality-filtering
   ……… denoising
   ……… chimera removal
    …… clustering
     … taxonomic assignment
メタゲノム
環境 DNA
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土壌
海水
淡水
未消化物
糞
遺骸
生物体
など
塩基配列 生物種名
メタバーコーディングのプロセスと情報処理
統合解析パッケージ
QIIME
http://qiime.org/
mothur
http://www.mothur.org/
Claident
https://www.claident.org/
タグ配列に基いて由来サンプルを特定
配列から低品質な部位を除去
低品質な配列を除去
ノイズの多そうな配列を除去
キメラと思われる配列を除去
類似度n%以上の配列をまとめる
類似する既知配列からホスト生物を推定
     … demultiplexing
   ……… quality-trimming
 …………… quality-filtering
   ……… denoising
   ……… chimera removal
    …… clustering
     … taxonomic assignment
メタゲノム
環境 DNA
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参考テキスト無償公開中
生態学のためのメタバーコーディングと DNA バーコーディング 検索
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ライブラリ作成法やメタバーコーディング後の分析はこちら
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム ●
環境 DNA
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
環境 DNA
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
THE ACCELERATED
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
●
サンプルに個体は入っていない
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
高濃度
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
●
サンプルに個体は入っていない
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
高濃度
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
●
サンプルに個体は入っていない
●
低濃度
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
高濃度
●
破砕して抽出を推奨
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
●
サンプルに個体は入っていない
●
低濃度
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
高濃度
●
破砕して抽出を推奨
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
●
サンプルに個体は入っていない
●
低濃度
●
破砕せず抽出を推奨
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メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
高濃度
●
破砕して抽出を推奨
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
●
サンプルに個体は入っていない
●
低濃度
●
破砕せず抽出を推奨
ただし、両者を分離して採集することは困難
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
メタゲノムと環境 DNA
●
メタゲノム
●
多種多個体から抽出したゲノムの
混合物
●
サンプルに個体が入っている
●
高濃度
●
破砕して抽出を推奨
●
環境 DNA
●
多種多個体から排出された環境中
の DNA
●
サンプルに個体は入っていない
●
低濃度
●
破砕せず抽出を推奨
ただし、両者を分離して採集することは困難
||
両者を一度に採集できる
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イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
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イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
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イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
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イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
インデックス 1インデックス 2
THE ACCELERATED
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イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
インデックス 1インデックス 2
P5 配列 P7 配列
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イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
インデックス 1インデックス 2
P5 配列 P7 配列
R1
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TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
インデックス 1インデックス 2
P5 配列 P7 配列
R1
R2
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
インデックス 1インデックス 2
P5 配列 P7 配列
R1
R2R3
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
インデックス 1インデックス 2
P5 配列 P7 配列
R1
R2R3
R4
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
解読対象配列
シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
インデックス 1インデックス 2
P5 配列 P7 配列
R1
R2R3
R4
シーケンスプライマーには Nextera タイプと TruSeq タイプがある
両者は混合してシーケンスできないことに注意が必要
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
フォワードプライマー
リバースプライマー
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
PCR 産物 1
フォワードプライマー
リバースプライマー
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
PCR 産物 1
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
PCR 産物 1
PCR 産物 2
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
PCR 産物 1
PCR 産物 2
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
PCR 産物 1
PCR 産物 2
PCR 産物 3
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成
鋳型ゲノム
PCR 産物 1
PCR 産物 2
PCR 産物 3
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
フォワードプライマー
リバースプライマー
インデックスプライマーを別の領域の解読に使いまわすことができる
12+8 種類のインデックスで 96 サンプル識別できる
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
Taxonomic assignment の方法
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
Taxonomic assignment の方法
●
系統樹に基づく方法
●
pplacer (Matsen et al. 2010) 最尤法
●
RAxML-EPA (Berger et al. 2011a) 最尤法
●
PaPaRa (Berger et al. 2011b) 最節約法
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
Taxonomic assignment の方法
●
系統樹に基づく方法
●
pplacer (Matsen et al. 2010) 最尤法
●
RAxML-EPA (Berger et al. 2011a) 最尤法
●
PaPaRa (Berger et al. 2011b) 最節約法
●
配列の類似度に基づく方法
●
QCauto method (Tanabe and Toju 2013)
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法
genus Ω species δ
genus Ω species γ
genus Ψ species β
genus Ψ species α
問い合わせ配列
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法
スコアが最大になる付着箇所を探す
genus Ω species δ
genus Ω species γ
genus Ψ species β
genus Ψ species α
問い合わせ配列
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法
スコア最大の付着箇所を特定
genus Ω species δ
genus Ω species γ
genus Ψ species β
genus Ψ species α
問い合わせ配列
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法
genus Ω species 不明
genus Ω species δ
genus Ω species γ
genus Ψ species β
genus Ψ species α
問い合わせ配列
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
●
多重整列が必要
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
●
多重整列が必要
●
既知系統樹が必要
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
●
多重整列が必要
●
既知系統樹が必要
●
上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
●
多重整列が必要
●
既知系統樹が必要
●
上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能
●
上記が満たされていればどの分類群にも適用可能
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
●
多重整列が必要
●
既知系統樹が必要
●
上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能
●
上記が満たされていればどの分類群にも適用可能
●
現実的な時間で計算可能
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
●
多重整列が必要
●
既知系統樹が必要
●
上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能
●
上記が満たされていればどの分類群にも適用可能
●
現実的な時間で計算可能
●
生物学的背景がある
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
系統樹に基づく方法の特徴
●
多重整列が必要
●
既知系統樹が必要
●
上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能
●
上記が満たされていればどの分類群にも適用可能
●
現実的な時間で計算可能
●
生物学的背景がある
●
「既知の綱の未知の目」といった答えを正しく出す
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法による分子同定のイメージ
既知配列 B
既知配列 A
問い合わせ配列
配列空間
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法による分子同定のイメージ
既知配列 B
既知配列 A
問い合わせ配列
配列空間
属 genus Ω
種 species α
属 genus Ω
種 species β
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法による分子同定のイメージ
既知配列 B
既知配列 A
問い合わせ配列
属
Ω
の
変
異
の
範
囲
配列空間
属 genus Ω
種 species α
属 genus Ω
種 species β
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法による分子同定のイメージ
既知配列 B
既知配列 A
問い合わせ配列
属
Ω
の
変
異
の
範
囲
配列空間
属 genus Ω
種 species ?
属 genus Ω
種 species α
属 genus Ω
種 species β
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法の特徴
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法の特徴
●
多重整列が不要
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法の特徴
●
多重整列が不要
●
既知系統樹が不要
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法の特徴
●
多重整列が不要
●
既知系統樹が不要
●
どの遺伝子座でも適用可能
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法の特徴
●
多重整列が不要
●
既知系統樹が不要
●
どの遺伝子座でも適用可能
●
どの分類群にも適用可能
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法の特徴
●
多重整列が不要
●
既知系統樹が不要
●
どの遺伝子座でも適用可能
●
どの分類群にも適用可能
●
現実的な時間で計算可能
THE ACCELERATED
TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
QCauto 法の特徴
●
多重整列が不要
●
既知系統樹が不要
●
どの遺伝子座でも適用可能
●
どの分類群にも適用可能
●
現実的な時間で計算可能
●
生物学的背景がある
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QCauto 法の特徴
●
多重整列が不要
●
既知系統樹が不要
●
どの遺伝子座でも適用可能
●
どの分類群にも適用可能
●
現実的な時間で計算可能
●
生物学的背景がある
●
「既知の綱の未知の目」といった答えを正しく出す
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系統学における研究サイクル
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系統学における研究サイクル
採集
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系統学における研究サイクル
採集
いくつかの遺伝子座の
塩基配列解読
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系統学における研究サイクル
採集
系統樹推定
いくつかの遺伝子座の
塩基配列解読
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系統学における研究サイクル
採集
系統樹推定
分類体系の改善
系統仮説の検証
いくつかの遺伝子座の
塩基配列解読
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系統学における研究サイクル
採集
系統樹推定
分類体系の改善
系統仮説の検証
いくつかの遺伝子座の
塩基配列解読別の分類群へ?
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採集
系統樹推定
分類体系の改善
系統仮説の検証
いくつかの遺伝子座の
塩基配列解読別の分類群へ?
十分な信頼度で解明できない
ことがある
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採集
系統樹推定
分類体系の改善
系統仮説の検証
発現遺伝子の
網羅的解読別の分類群へ?
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分類体系の改善
系統仮説の検証
発現遺伝子の
網羅的解読別の分類群へ?
共通じゃない遺伝子の
データは無駄
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系統学における研究サイクル
採集
系統樹推定
分類体系の改善
系統仮説の検証
数十~数百の
単一コピー遺伝子
を解読別の分類群へ?
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採集
系統樹推定
分類体系の改善
系統仮説の検証
数十~数百の
単一コピー遺伝子
を解読別の分類群へ?
詳細は次の講演で
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今後注目の技術
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●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
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今後注目の技術
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微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
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今後注目の技術
●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
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今後注目の技術
●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など )
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今後注目の技術
●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など )
●
ロングアンプリコンシーケンス
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今後注目の技術
●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など )
●
ロングアンプリコンシーケンス
●
SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics)
THE ACCELERATED
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今後注目の技術
●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など )
●
ロングアンプリコンシーケンス
●
SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics)
– より低レベルの分類階層まで同定しやすく
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今後注目の技術
●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など )
●
ロングアンプリコンシーケンス
●
SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics)
– より低レベルの分類階層まで同定しやすく
●
メタ rRNA シーケンス
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今後注目の技術
●
微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
●
細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
●
DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など )
●
ロングアンプリコンシーケンス
●
SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics)
– より低レベルの分類階層まで同定しやすく
●
メタ rRNA シーケンス
●
ユニバーサルプライマーで増幅できない生物を発見可能に
THE ACCELERATED
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まとめ
●
メタバーコーディングで高速に新種候補をスクリーニングできる
●
メタバーコーディングデータの解析は Claident
●
メタゲノムと環境 DNA は適した抽出法が異なる
●
イルミナ社 HTS 用ライブラリの構造に注意
●
Taxonomic assignment は系統樹に基づく方法か QCauto 法を推奨
●
高次系統関係の推定には RNA-seq より単一コピー遺伝子を狙って読む
●
今後は微小液滴技術・ロングアンプリコンシーケンス・メタ rRNA シーケン
スに期待

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20170824進化学夏の学校

  • 1. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 高スループットシーケンサのコモディティ化が変えた 分類学と系統学の研究サイクル 神戸大・理 田辺晶史 THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS
  • 2. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 分類学における研究サイクル
  • 3. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 分類学における研究サイクル 採集
  • 4. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 分類学における研究サイクル 採集 新種発見
  • 5. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 分類学における研究サイクル 採集 記載分類 新種発見
  • 6. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 分類学における研究サイクル 採集 記載分類 分類体系の充実 新種発見
  • 7. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 分類学における研究サイクル 採集 記載分類 分類体系の充実 新種発見 難易度上昇 新種発見
  • 8. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる
  • 9. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など
  • 10. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など メタゲノム 環境 DNA
  • 11. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 メタゲノム 環境 DNA
  • 12. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタゲノム 環境 DNA
  • 13. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 生物相の把握 メタゲノム 環境 DNA
  • 14. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 生物相の把握 (Toju et al. 2013) 植物の根に共生する真菌相 を把握できる メタゲノム 環境 DNA
  • 15. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム 環境 DNA メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 生物相の把握 (Toju et al. 2013) 植物の根に共生する真菌相 を把握できる メタバーコーディング
  • 16. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノム 環境 DNA メタゲノム・環境 DNA シーケンスで生物相が把握できる 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 生物相の把握 (Toju et al. 2013) 植物の根に共生する真菌相 を把握できる 膨大な労力を要する直接観察なしに 生物相を把握できる
  • 17. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル
  • 18. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル メタバーコーディング
  • 19. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル メタバーコーディング 新種発見
  • 20. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル メタバーコーディング 従来法による記載分類 新種発見
  • 21. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル メタバーコーディング 従来法による記載分類 DNA データベース充実 新種発見
  • 22. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル メタバーコーディング 従来法による記載分類 DNA データベース充実 新種発見新種発見 難易度上昇
  • 23. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル メタバーコーディング 従来法による記載分類 DNA データベース充実 新種発見 生物相把握 能力向上 新種発見新種発見 難易度上昇
  • 24. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタバーコーディング時代の分類学の研究サイクル メタバーコーディング 従来法による記載分類 DNA データベース充実 新種発見 生物相把握 能力向上 新種発見新種発見 難易度上昇 容易にコピー・検索できる DNA 情報 に基づいているため、記載が進み、 データベースが充実するほど 新種探索・生物相把握能力が向上する
  • 25. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 メタゲノム 環境 DNA
  • 26. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 メタゲノム 環境 DNA
  • 27. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 PCRで特定の遺伝子座を増幅                  メタゲノム 環境 DNA
  • 28. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 PCRで特定の遺伝子座を増幅 同時にサンプル識別用タグ配列付加 メタゲノム 環境 DNA
  • 29. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 PCRで特定の遺伝子座を増幅 同時にサンプル識別用タグ配列付加 多サンプルを混合してHTSで解読 メタゲノム 環境 DNA
  • 30. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 メタゲノム 環境 DNA
  • 31. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 タグ配列に基いて由来サンプルを特定                         … demultiplexing メタゲノム 環境 DNA
  • 32. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 タグ配列に基いて由来サンプルを特定 配列から低品質な部位を除去                         … demultiplexing    ……… quality-trimming メタゲノム 環境 DNA
  • 33. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 タグ配列に基いて由来サンプルを特定 配列から低品質な部位を除去 低品質な配列を除去                         … demultiplexing    ……… quality-trimming  …………… quality-filtering メタゲノム 環境 DNA
  • 34. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 タグ配列に基いて由来サンプルを特定 配列から低品質な部位を除去 低品質な配列を除去 ノイズの多そうな配列を除去                         … demultiplexing    ……… quality-trimming  …………… quality-filtering    ……… denoising メタゲノム 環境 DNA
  • 35. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 タグ配列に基いて由来サンプルを特定 配列から低品質な部位を除去 低品質な配列を除去 ノイズの多そうな配列を除去 キメラと思われる配列を除去                         … demultiplexing    ……… quality-trimming  …………… quality-filtering    ……… denoising    ……… chimera removal メタゲノム 環境 DNA
  • 36. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 タグ配列に基いて由来サンプルを特定 配列から低品質な部位を除去 低品質な配列を除去 ノイズの多そうな配列を除去 キメラと思われる配列を除去 類似度n%以上の配列をまとめる                         … demultiplexing    ……… quality-trimming  …………… quality-filtering    ……… denoising    ……… chimera removal     …… clustering メタゲノム 環境 DNA
  • 37. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 タグ配列に基いて由来サンプルを特定 配列から低品質な部位を除去 低品質な配列を除去 ノイズの多そうな配列を除去 キメラと思われる配列を除去 類似度n%以上の配列をまとめる 類似する既知配列からホスト生物を推定      … demultiplexing    ……… quality-trimming  …………… quality-filtering    ……… denoising    ……… chimera removal     …… clustering      … taxonomic assignment メタゲノム 環境 DNA
  • 38. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 土壌 海水 淡水 未消化物 糞 遺骸 生物体 など 塩基配列 生物種名 メタバーコーディングのプロセスと情報処理 統合解析パッケージ QIIME http://qiime.org/ mothur http://www.mothur.org/ Claident https://www.claident.org/ タグ配列に基いて由来サンプルを特定 配列から低品質な部位を除去 低品質な配列を除去 ノイズの多そうな配列を除去 キメラと思われる配列を除去 類似度n%以上の配列をまとめる 類似する既知配列からホスト生物を推定      … demultiplexing    ……… quality-trimming  …………… quality-filtering    ……… denoising    ……… chimera removal     …… clustering      … taxonomic assignment メタゲノム 環境 DNA
  • 39. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 参考テキスト無償公開中 生態学のためのメタバーコーディングと DNA バーコーディング 検索
  • 40. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS ライブラリ作成法やメタバーコーディング後の分析はこちら
  • 41. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 環境 DNA
  • 42. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● 環境 DNA
  • 43. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA
  • 44. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA
  • 45. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA ● サンプルに個体は入っていない
  • 46. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 高濃度 ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA ● サンプルに個体は入っていない
  • 47. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 高濃度 ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA ● サンプルに個体は入っていない ● 低濃度
  • 48. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 高濃度 ● 破砕して抽出を推奨 ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA ● サンプルに個体は入っていない ● 低濃度
  • 49. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 高濃度 ● 破砕して抽出を推奨 ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA ● サンプルに個体は入っていない ● 低濃度 ● 破砕せず抽出を推奨
  • 50. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 高濃度 ● 破砕して抽出を推奨 ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA ● サンプルに個体は入っていない ● 低濃度 ● 破砕せず抽出を推奨 ただし、両者を分離して採集することは困難
  • 51. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS メタゲノムと環境 DNA ● メタゲノム ● 多種多個体から抽出したゲノムの 混合物 ● サンプルに個体が入っている ● 高濃度 ● 破砕して抽出を推奨 ● 環境 DNA ● 多種多個体から排出された環境中 の DNA ● サンプルに個体は入っていない ● 低濃度 ● 破砕せず抽出を推奨 ただし、両者を分離して採集することは困難 || 両者を一度に採集できる
  • 52. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造
  • 53. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列
  • 54. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2
  • 55. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2 インデックス 1インデックス 2
  • 56. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2 インデックス 1インデックス 2 P5 配列 P7 配列
  • 57. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2 インデックス 1インデックス 2 P5 配列 P7 配列 R1
  • 58. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2 インデックス 1インデックス 2 P5 配列 P7 配列 R1 R2
  • 59. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2 インデックス 1インデックス 2 P5 配列 P7 配列 R1 R2R3
  • 60. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2 インデックス 1インデックス 2 P5 配列 P7 配列 R1 R2R3 R4
  • 61. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの構造 解読対象配列 シーケンスプライマー 1 シーケンスプライマー 2 インデックス 1インデックス 2 P5 配列 P7 配列 R1 R2R3 R4 シーケンスプライマーには Nextera タイプと TruSeq タイプがある 両者は混合してシーケンスできないことに注意が必要
  • 62. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム
  • 63. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム フォワードプライマー リバースプライマー
  • 64. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム PCR 産物 1 フォワードプライマー リバースプライマー
  • 65. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム PCR 産物 1 フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー
  • 66. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム PCR 産物 1 PCR 産物 2 フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー
  • 67. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム PCR 産物 1 PCR 産物 2 フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー
  • 68. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム PCR 産物 1 PCR 産物 2 PCR 産物 3 フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー
  • 69. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS イルミナ社 HTS 用デュアルインデックスライブラリの作成 鋳型ゲノム PCR 産物 1 PCR 産物 2 PCR 産物 3 フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー フォワードプライマー リバースプライマー インデックスプライマーを別の領域の解読に使いまわすことができる 12+8 種類のインデックスで 96 サンプル識別できる
  • 70. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS Taxonomic assignment の方法
  • 71. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS Taxonomic assignment の方法 ● 系統樹に基づく方法 ● pplacer (Matsen et al. 2010) 最尤法 ● RAxML-EPA (Berger et al. 2011a) 最尤法 ● PaPaRa (Berger et al. 2011b) 最節約法
  • 72. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS Taxonomic assignment の方法 ● 系統樹に基づく方法 ● pplacer (Matsen et al. 2010) 最尤法 ● RAxML-EPA (Berger et al. 2011a) 最尤法 ● PaPaRa (Berger et al. 2011b) 最節約法 ● 配列の類似度に基づく方法 ● QCauto method (Tanabe and Toju 2013)
  • 73. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法 genus Ω species δ genus Ω species γ genus Ψ species β genus Ψ species α 問い合わせ配列
  • 74. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法 スコアが最大になる付着箇所を探す genus Ω species δ genus Ω species γ genus Ψ species β genus Ψ species α 問い合わせ配列
  • 75. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法 スコア最大の付着箇所を特定 genus Ω species δ genus Ω species γ genus Ψ species β genus Ψ species α 問い合わせ配列
  • 76. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法 genus Ω species 不明 genus Ω species δ genus Ω species γ genus Ψ species β genus Ψ species α 問い合わせ配列
  • 77. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴
  • 78. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴 ● 多重整列が必要
  • 79. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴 ● 多重整列が必要 ● 既知系統樹が必要
  • 80. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴 ● 多重整列が必要 ● 既知系統樹が必要 ● 上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能
  • 81. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴 ● 多重整列が必要 ● 既知系統樹が必要 ● 上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能 ● 上記が満たされていればどの分類群にも適用可能
  • 82. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴 ● 多重整列が必要 ● 既知系統樹が必要 ● 上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能 ● 上記が満たされていればどの分類群にも適用可能 ● 現実的な時間で計算可能
  • 83. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴 ● 多重整列が必要 ● 既知系統樹が必要 ● 上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能 ● 上記が満たされていればどの分類群にも適用可能 ● 現実的な時間で計算可能 ● 生物学的背景がある
  • 84. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統樹に基づく方法の特徴 ● 多重整列が必要 ● 既知系統樹が必要 ● 上記が満たされていればどの遺伝子座でも適用可能 ● 上記が満たされていればどの分類群にも適用可能 ● 現実的な時間で計算可能 ● 生物学的背景がある ● 「既知の綱の未知の目」といった答えを正しく出す
  • 85. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法による分子同定のイメージ 既知配列 B 既知配列 A 問い合わせ配列 配列空間
  • 86. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法による分子同定のイメージ 既知配列 B 既知配列 A 問い合わせ配列 配列空間 属 genus Ω 種 species α 属 genus Ω 種 species β
  • 87. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法による分子同定のイメージ 既知配列 B 既知配列 A 問い合わせ配列 属 Ω の 変 異 の 範 囲 配列空間 属 genus Ω 種 species α 属 genus Ω 種 species β
  • 88. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法による分子同定のイメージ 既知配列 B 既知配列 A 問い合わせ配列 属 Ω の 変 異 の 範 囲 配列空間 属 genus Ω 種 species ? 属 genus Ω 種 species α 属 genus Ω 種 species β
  • 89. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴
  • 90. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴 ● 多重整列が不要
  • 91. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴 ● 多重整列が不要 ● 既知系統樹が不要
  • 92. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴 ● 多重整列が不要 ● 既知系統樹が不要 ● どの遺伝子座でも適用可能
  • 93. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴 ● 多重整列が不要 ● 既知系統樹が不要 ● どの遺伝子座でも適用可能 ● どの分類群にも適用可能
  • 94. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴 ● 多重整列が不要 ● 既知系統樹が不要 ● どの遺伝子座でも適用可能 ● どの分類群にも適用可能 ● 現実的な時間で計算可能
  • 95. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴 ● 多重整列が不要 ● 既知系統樹が不要 ● どの遺伝子座でも適用可能 ● どの分類群にも適用可能 ● 現実的な時間で計算可能 ● 生物学的背景がある
  • 96. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS QCauto 法の特徴 ● 多重整列が不要 ● 既知系統樹が不要 ● どの遺伝子座でも適用可能 ● どの分類群にも適用可能 ● 現実的な時間で計算可能 ● 生物学的背景がある ● 「既知の綱の未知の目」といった答えを正しく出す
  • 97. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル
  • 98. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集
  • 99. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 いくつかの遺伝子座の 塩基配列解読
  • 100. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 いくつかの遺伝子座の 塩基配列解読
  • 101. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 分類体系の改善 系統仮説の検証 いくつかの遺伝子座の 塩基配列解読
  • 102. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 分類体系の改善 系統仮説の検証 いくつかの遺伝子座の 塩基配列解読別の分類群へ?
  • 103. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 分類体系の改善 系統仮説の検証 いくつかの遺伝子座の 塩基配列解読別の分類群へ? 十分な信頼度で解明できない ことがある
  • 104. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 分類体系の改善 系統仮説の検証 発現遺伝子の 網羅的解読別の分類群へ?
  • 105. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 分類体系の改善 系統仮説の検証 発現遺伝子の 網羅的解読別の分類群へ? 共通じゃない遺伝子の データは無駄
  • 106. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 分類体系の改善 系統仮説の検証 数十~数百の 単一コピー遺伝子 を解読別の分類群へ?
  • 107. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 系統学における研究サイクル 採集 系統樹推定 分類体系の改善 系統仮説の検証 数十~数百の 単一コピー遺伝子 を解読別の分類群へ? 詳細は次の講演で
  • 108. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術
  • 109. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology)
  • 110. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics)
  • 111. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics) ● DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics)
  • 112. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics) ● DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics) ● DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など )
  • 113. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics) ● DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics) ● DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など ) ● ロングアンプリコンシーケンス
  • 114. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics) ● DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics) ● DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など ) ● ロングアンプリコンシーケンス ● SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics)
  • 115. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics) ● DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics) ● DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など ) ● ロングアンプリコンシーケンス ● SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics) – より低レベルの分類階層まで同定しやすく
  • 116. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics) ● DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics) ● DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など ) ● ロングアンプリコンシーケンス ● SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics) – より低レベルの分類階層まで同定しやすく ● メタ rRNA シーケンス
  • 117. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS 今後注目の技術 ● 微小液滴技術 (Micro-droplet technology) ● 細胞を単離してシーケンス (10xGenomics) ● DNA 分子を単離して合成ロングリードシーケンス (Moleculo, 10xGenomics) ● DNA 分子を単離して PCR (Bio-Rad, RainDance など ) ● ロングアンプリコンシーケンス ● SSU/LSU rRNA 全長などが解読可能 (Oxford Nanopore, PacBio, 10xGenomics) – より低レベルの分類階層まで同定しやすく ● メタ rRNA シーケンス ● ユニバーサルプライマーで増幅できない生物を発見可能に
  • 118. THE ACCELERATED TAXONOMY AND PHYLOGENETICS まとめ ● メタバーコーディングで高速に新種候補をスクリーニングできる ● メタバーコーディングデータの解析は Claident ● メタゲノムと環境 DNA は適した抽出法が異なる ● イルミナ社 HTS 用ライブラリの構造に注意 ● Taxonomic assignment は系統樹に基づく方法か QCauto 法を推奨 ● 高次系統関係の推定には RNA-seq より単一コピー遺伝子を狙って読む ● 今後は微小液滴技術・ロングアンプリコンシーケンス・メタ rRNA シーケン スに期待