転写相関解析による鉄代謝および関連領域に関与する新規植物遺伝子の同定：今後の展望
転写相関解析による鉄代謝および関連領域に関与する新規植物遺伝子の同定：今後の展望
Transcript correlation analysis for the identification of novel plant
genes involved in iron metabolism and beyond:what next?
ムルジア & P. モランディーニ
環境科学政策学部、ミラノ大学、via Celoria 10, 20133, ミラノ, イタリア
Plant Biology doi:10.1111/plb.70068
要旨
シロイヌナズナは、世界中の科学者による貢献を得て実施されたシロイヌナズナゲノム計画により、ほぼ四半世紀前に初めて完全解読された植物ゲノムである。この画期的な成果は、生物学的プロセスの詳細な理解につながる可能性から、植物科学コミュニティ内で熱烈に歓迎された。その後、主食作物を含む数十種の植物ゲノムが完全解読・注釈付けされた。しかし、各植物ゲノムにおいて、依然として分子活性の割り当てがない遺伝子や、生体内での生物学的機能が未解明の遺伝子が複数存在する。本稿では、転写相関解析（TCA）により植物の鉄（Fe）代謝に関与する新規候補遺伝子を同定し、その予測を実験的に検証した手法を示す。このバイオインフォマティクス手法は他の植物代謝経路にも応用されている。植物のFe代謝研究およびそれ以上の分野におけるTCAの活用可能性について考察する。
（中略）
結論
TCAは、既知の生物学的プロセスへの遺伝子関与を予測する強力なツールである。多くの研究グループがこのバイオインフォマティクス戦略を適用しており、様々なウェブサービスが無料で利用可能である。現在オンラインで利用可能な多くの共発現データベースは「関連性による推定」アプローチを採用し、ヒト遺伝子に特化している（例：https://www.genefriends.org/ のGene Friends）。しかしながら、植物に特化したハブも存在する。例えば、https://atted.jp/top_search/#CoExSearch の ATTED II は、クエリ遺伝子（異なる植物種）からの共発現遺伝子リストを提供する（Obayashi et al. 2007, 2009）。PCC値は直接示されないが、他の統計的指標が用いられている。本稿では、TCAおよびそれ以上の手法を通じて植物Fe研究で既に達成した成果の概要を提示し、新規の有望な遺伝子候補を同定し、さらなる研究を進めるためのツールとして提案する。また、特定のプロセスに関与する新規分子の同定に向けた「金鉱」となるTCAリストを作成するため、TCAの最適な解釈と活用方法に関する提案も行う。したがって相関リストは絶対的なものではなく、システム生物学の観点から「常緑」ツールとなり得る動的な情報と捉えるべきである。
図1. 2つの与えられた遺伝子間のTCAの可能な結果。TCAの結果は、対数空間および線形空間におけるPCCの値（正の値のみを考慮）に応じて、4つの大まかなクラス（A〜D）に分類できる。
A. 両遺伝子は、幅広い発現値にわたる多くの実験条件において相関を示しており、これらが同一の生物学的プロセスに関与している可能性を強く示唆している。
B. 2つの遺伝子は、幅広い発現値にわたる複数の実験条件で相関を示すが、高発現レベルでは相関が弱まる。これは、両遺伝子が同じ生物学的プロセスに関与している可能性を示唆している。
C. 両遺伝子はごく少数のサンプルにおいて高い発現レベルで強く相関しており、同じ組織や条件下での共発現を示唆しているが、同じ生物学的プロセスに関与しているとは限らない。
D. いずれの実験条件においても、この2つの遺伝子はほとんど相関を示さず、それらが同じ生物学的プロセスに関与している可能性は低いことを示唆している。
図2. マイクロアレイデータから取得した遺伝子間の発現値の散布図例。左：カルビン回路の2遺伝子（At1g42970とAt3g55800）間の散布図。線形空間（上）と対数空間（下）の両方で高いPCC値を示す。右：AtGullo2（At2g46750）とその上位相関遺伝子の一つ（At5g41040）間の散布図。線形空間では低いPCC値を示し、対数空間では高い値を示す（それぞれ上段と下段の散布図）。
図3. サンプルの空間的解剖が不十分な場合におけるTCA結果への交絡効果。非重複発現パターン（赤・黄・緑の領域）を持つ3つの仮説的遺伝子は、
単一の根端サンプル（水色破線枠）に含まれる場合、平均的な正の相関を示す。
しかし、単一サンプルを3つの小サンプル（黒枠）に分割すると、
逆相関が生じる（Biorender画像より改変）。
Fig1
Fig2
Fig3