macでインフォマティクス

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NGS関連のインフォマティクス情報についてまとめています。

オルガネラゲノムを描画する OrganellarGenomeDRAW

 

 ミトコンドリアおよび色素体(葉緑体)は、それぞれαプロテオバクテリアおよびシアノバクテリアに由来する真核細胞の細胞内小器官である。ミトコンドリアおよびプラスチドは、二本鎖DNAのゲノムを保持しており、それらはオルガネラ内で複製および発現し、通常、細胞あたり高コピー数で存在する。細菌の祖先のゲノムと比較して、現在の色素体およびミトコンドリアのゲノムは、遺伝子含量が大幅に減少している。これは主に、進化の過程でオルガネラゲノムから宿主細胞のゲノムへの遺伝情報の大量転移によるものである(論文より  ref.1-3)。例えば、種子植物の色素体ゲノムは、比較的保存された約130個の遺伝子しか含まない。これらは、多くの光合成関連遺伝子(例えば、2つの光化学系システムのサブユニット、シトクロムb6/f複合体、葉緑体ATPシンターゼおよびNAD(P)Hデヒドロゲナーゼ)を含み、その遺伝子産物が色素体ゲノム(rRNA、tRNA、リボソームタンパク質、原核型RNAポリメラーゼなど)や他のいくつかの遺伝子やオープンリーディングフレーム(ref.4-6)の発現に関与している。同様に、ミトコンドリアゲノムは、主にミトコンドリアゲノムの発現に関与する遺伝子機能または呼吸関連の遺伝子(全ての好気性生物におけるミトコンドリアの主な代謝機能)をコードする(ref.7-9)。オルガネラゲノムは、コード容量が比較的低いにもかかわらず、ゲノムサイズに大きな変動を示すことがある。例えば、ヒトミトコンドリアゲノムはわずか16.6kbであり、37個の密集した遺伝子(reo f.7)を含むが、いくつかの顕花植物では11Mb以上あるものである。したがって、最大の植物ミトコンドリアゲノムは、ほとんどのバクテリアゲノムよりもはるかに大きく、いくつかの真核生物核ゲノムよりもさらに大きいが、大部分は非コードと推定されるDNAから構成される。巨大なサイズ変動に加えて、ほとんどのオルガネラゲノムが環状DNAであるが、いくつかの系統の原生生物と緑藻類のミトコンドリアゲノムは線状であることが知られている(ref.8-10)。

 オルガネラゲノムの特質、構造、サイズ、遺伝子密度の異常な変動により、標準的な分子生物学ソフトウェアを用いてゲノム配列から高品質のビジュアルマップを作成することは困難である。一般のDNA配列については図形マップを描くいくつかのソフトウェアツールがある。 VectorNTI(ref.14)やDNAStar(ref.15)などの市販の分子生物学ソフトウェアスイートは、シーケンスデータの処理に優れたオプションを提供するが、通常は高品質の物理マップの生成を可能にする洗練された機能を提供しない。特に、これらのソフトウェアパッケージは、小さなプラスミド型ベクター配列のために設計されているため、比較的大きなオルガネラゲノムのマップを描くのには適していない。また、pDRAW32(http://www.acaclone.com/)、Plasm(http://en.bio-soft.net/)など、地図描画機能を提供するDNA配列を操作するためのフリーウェアまたはシェアウェアのソフトウェアパッケージとしてプラスミド/ Plasm.html)およびPlasmaDNA(16)がある。しかし、それらの機能性は、小さなプラスミド様ベクター配列(例えば、PlasMapper、wishart.biology.ualberta.ca/PlasMapper/、拒絶配列> 20kb)のために最適化される。 CGView(ref.17)は環状ゲノムマップを作成するためのより柔軟なフレームワークを提供し、CGViewサーバーはウェブブラウザインターフェースも有する(CGView紹介)。しかし、このプログラムは匿名では使用できず、オルガネラのゲノムや遺伝子機能に最適化されていない。機能制限およびライセンス要件に加えて、現在利用可能なツールの多くは、オペレーティングシステム固有のものであり、ウェブブラウザインタフェースを介して便利にアクセスすることはできない。

  プラスチドおよびミトコンドリアのゲノムの高品質なグラフィカルマップを生成するのに適したソフトウェアツールを提供するために、著者らは2007年にOrganellarGenomeDRAW(OGDRAW)を提供し始めた(ref.18)。最初のバージョンは主に色素体およびミトコンドリアゲノムに存在する遺伝子クラスのコンセンサスカラーコードを使用して、publish品質の物理地図を表示するために設計されていた(ref.18)。 OGDRAWでは、すべての計算処理がサーバー(http://ogdraw.mpimp-golm.mpg.de/)上で行われ、入力パラメータと出力パラメータは、ユーザーから独立したWebブラウザインターフェイスを介してユーザーが定義することができた。最初のリリース以来、OGDRAWは広く使用されており、多数の新しい葉緑体およびミトコンドリアゲノム配列の物理的な地図を作成する研究者を助けてきた。ここに紹介された新バージョンでは、Webブラウザのインターフェイスを再構築して拡張し、安定性と使いやすさを向上さた。さらに、ゲノムの物理地図上にRNAの発現データを直接可視化するための新しいワークフローを追加した。

 

 このような絵が描ける。

Google 画像検索結果

FAQ

http://ogdraw.mpimp-golm.mpg.de/ssi_faqs.shtml

 

OrganellarGenomeDRAW 公式ページにアクセスする。

f:id:kazumaxneo:20180326151546j:plain

 

左のsubmitからgenebank形式のファイルをアップロードする。

 

ここでは既知オルガネラゲノムのマップを描いてみる。publishされたオルガネラゲノムの検索はNCBI organelleから行う。

Organelle Genome Resources

種名で検索する。ここではナズナを検索する。該当Genomeページに入る。

f:id:kazumaxneo:20180327111407j:plain

下のゲノム一覧からプラスチドゲノムを選択する。

 

中に入り右上のsend toからgenebankをダウンロードする。

f:id:kazumaxneo:20180327111312j:plain

 

 ダウンロードが面倒なら、locus ID(写真の囲った部分)を指定しても解析できる。

 

submitする。

f:id:kazumaxneo:20180327110926j:plain

 描画する遺伝子系を絞り込める。標準では全てにチェックがついている。show full legendにもチェックをつけておく。

f:id:kazumaxneo:20180327111106j:plain

制限酵素サイトも表示できる(複数はCtrl + click)。

 

download results from here.からダウンロードできる。

f:id:kazumaxneo:20180327111956j:plain

 

 

引用

OrganellarGenomeDRAW--a suite of tools for generating physical maps of plastid and mitochondrial genomes and visualizing expression data sets.

Nucleic Acids Res. 2013 Jul;41(Web Server issue):W575-81.

Lohse M, Drechsel O, Kahlau S, Bock R.

 

OrganellarGenomeDRAW (OGDRAW): a tool for the easy generation of high-quality custom graphical maps of plastid and mitochondrial genomes.

Lohse M, Drechsel O, Bock R

Curr Genet. 2007 Nov;52(5-6):267-74.