オーソロジーは、代謝経路や遺伝子制御ネットワークといった生物システムの進化研究において、貴重な代替指標であることが証明されている。同じオーソロググループに属する遺伝子は、通常、共通の祖先を反映して、同じ進化史を共有している。この特性を活用するため、オーソロジー情報に基づく進化解析を支援するツールやデータベース、特に Clusters of Orthologous Groups (COG) データベースが開発されてきた。これらのリソースを基に、本著者らは以前、系統樹におけるオーソロググループの分布を解析することで遺伝子の進化的起源を推定するBridgeアルゴリズムを開発した。本稿では、Bridgeアルゴリズムによって推定された8つのモデル生物種におけるすべてのCOGの起源情報を提供するデータベースおよびWebアプリケーションであるOrthoGuideを紹介する。Webアプリケーションとデータベースは、https://dalmolingroup.imd.ufrn.br/orthoguide/ でホストされている。
遺伝子の進化的起源を理解することはシステム生物学にとって不可欠だが、計算量の多いバイオインフォマティクスワークフローによって妨げられることがよくある。これは多くの研究者にとってボトルネックとなっている。OrthoGuideは、8種類の真核生物モデル生物の全遺伝子の進化的ルーティングデータを公開し、事前計算済みのデータベースを提供することで、この課題に直接対処する。OrthoGuideのWebアプリケーションは、ユーザー側での計算処理を不要にする。OrthoGuideは、即時の結果とインタラクティブな視覚化を提供する。このリソースは、オーソロジー情報に基づく進化解析へのアクセスを民主化し、より広範な科学コミュニティが、単純な遺伝子リストから生物システムの集合に関する知見を迅速に得ることを可能にする。
BridgeアルゴリズムはRで実装されており、GeneBridgeパッケージで利用できる。
OrthoGuide: https://dalmolingroup.imd.ufrn.br/orthoguide/にアクセスする。
OrthoGuideでは、8つのモデル生物種におけるオルソロググループ(OGs)のrooting結果、つまり遺伝子の起源を確認することができる。全てのOGsについてBridgeで事前に計算されており、計算不要で使える。
生物種を指定し、Gene IDを入力する。
ここではおよそ120遺伝子入力されている。生物種それぞれデモ遺伝子リストが用意されている。
Protein IDにも対応している。
出力例
遺伝子ごとにroot cladeが表示される。結果はCSV形式でダウンロードできる。
STRINGデータベースのデータを元に、network図にも表示される。Coelacanthimorpha（総鰭綱）が起源と判定された遺伝子がオレンジ。それより古い系統にも存在している遺伝子が青。
ゲージからより古い系統に切り替えできる。
論文より
- Bridgeアルゴリズムは、与えられた種の系統樹全体にわたって、遺伝子の系統パターン（相同遺伝子の存在の有無）を体系的に評価することにより、その遺伝子の進化的根源を推定する；系統樹内の各祖先ノードを潜在的な起源として反復的にテストし、その根源が相同遺伝子群の垂直降下とそれに続く遺伝子消失を経た分布をどの程度適切に説明できるかを測定する一貫性スコアを計算する。最高スコアを与えるノードが最も簡潔な進化的根源であると推定される。この手法は事前に定義された外群を必要としない。そのため、適切な外群が遠く離れている場合や曖昧な場合など、深層進化解析に特に適している。
引用
OrthoGuide: A database for rooting inference of orthologous genes
João V. F. Cavalcante, Gleison M. de Azevedo, Diego Marques-Coelho, Danilo O. Imparato, Mauro A. A. Castro, Rodrigo J. S. Dalmolin
bioRxiv, Posted October 20, 2025.
Bridge: A New Algorithm for Rooting Orthologous Genes in Large-Scale Evolutionary Analyses Open Access
Leonardo R S Campos , Sheyla Trefflich , Diego A A Morais , Danilo O Imparato , Vinicius S Chagas , Ricardo D’Oliveira Albanus , Rodrigo J S Dalmolin , Mauro A A Castro
Molecular Biology and Evolution, Volume 41, Issue 2, February 2024, msae019
