ゲノムプロジェクト

ゲノムプロジェクトは、最終的には生物（動物、植物、真菌、細菌、古細菌、原生生物、ウイルス）の完全なゲノム配列を決定し、タンパク質をコードする遺伝子やその他の重要なゲノムエンコードされた特徴に注釈を付けることを目的とした科学的取り組みです。^[1]生物のゲノム配列には、生物の各染色体の集合的な DNA配列が含まれます。単一の染色体を含む細菌の場合、ゲノムプロジェクトはその染色体の配列をマッピングすることを目的とします。ゲノムに22対の常染色体と2つの性染色体を含むヒト種の場合、完全なゲノム配列には46の個別の染色体配列が含まれます。

ヒトゲノムプロジェクトはゲノムプロジェクトのよく知られた例です。^[2]

ゲノムアセンブリ

ゲノムアセンブリとは、多数の短いDNA 配列を取り出し、それらを再構成して、 DNA の起源となった元の染色体の表現を作成するプロセスを指します。ショットガンシーケンシングプロジェクトでは、まず、ソース (通常は単一の生物、細菌から哺乳類まで) のすべての DNA が何百万もの小さな断片に分割されます。次に、これらの断片が自動シーケンシングマシンによって「読み取られます」。ゲノムアセンブリアルゴリズムは、すべての断片を取り出して互いに整列させ、2 つの短い配列 (読み取り) が重複するすべての場所を検出することによって機能します。これらの重複する読み取りは結合することができ、プロセスが続行されます。

ゲノムアセンブリは非常に難しい計算問題であり、多くのゲノムには反復配列と呼ばれる多数の同一配列が含まれているため、さらに困難になっています。これらの反復配列は数千ヌクレオチドの長さになることもあり、特に植物や動物の大きなゲノムではさまざまな場所で発生します。

結果として得られる（ドラフト）ゲノム配列は、配列されたコンティグの情報を組み合わせて、リンク情報を使用してスキャフォールドを作成することによって生成されます。スキャフォールドは染色体の物理マップに沿って配置され、「ゴールデンパス」を作成します。

アセンブリソフトウェア

もともと、大規模な DNA シーケンシングセンターのほとんどは、生成した配列をアセンブルするための独自のソフトウェアを開発していました。しかし、ソフトウェアがより複雑になり、シーケンシングセンターの数が増えるにつれて、この状況は変わりました。そのようなアセンブラーの例として、 BGIが開発したショートオリゴヌクレオチド分析パッケージは、ヒトサイズのゲノムの de novo アセンブル、アライメント、SNP検出、再シーケンシング、インデル検索、構造変異解析用です。^[3]^[4]^[5]

ゲノムアノテーション

1980 年代以降、分子生物学とバイオインフォマティクスによってDNA アノテーションの必要性が生まれました。DNA アノテーションまたはゲノムアノテーションは、配列に生物学的情報を付加するプロセスであり、特に遺伝子の位置を特定し、それらの遺伝子の機能を決定します。

完了時期

ゲノムの配列を決定する際には、通常、配列を決定するのが難しい領域（多くの場合、 DNA の反復性が高い領域）があります。したがって、「完了した」ゲノム配列が完全であることはめったになく、そのようなゲノムプロジェクトの状態をより正確に表すために、「作業草案」や「基本的に完了」などの用語が使用されています。ゲノム配列のすべての塩基対が決定されたとしても、DNA 配列決定は完全に正確なプロセスではないため、エラーが存在する可能性があります。また、完全なゲノムプロジェクトには、ミトコンドリアと（植物の場合）葉緑体の配列を含める必要があると主張することもできます。これらの細胞小器官には独自のゲノムがあるためです。

ゲノム配列決定の目的は、特定のゲノム配列内の遺伝子の完全なセットに関する情報を得ることであるとよく言われます。遺伝子をコードするゲノムの割合は非常に小さい場合があります (特に、コード DNA が配列全体の数パーセントを占めるだけのヒトなどの真核生物の場合)。ただし、コード領域のみを個別に配列決定することが常に可能 (または望ましい) であるとは限りません。また、科学者がこの非コード DNA (ジャンク DNAと呼ばれることが多い)の役割について理解が深まるにつれて、特定の生物の遺伝学と生物学を理解するための背景として、完全なゲノム配列を持つことがますます重要になります。

ゲノムプロジェクトは、多くの場合、生物の DNA 配列を決定することだけにとどまりません。このようなプロジェクトには、遺伝子がゲノム内のどこにあり、その遺伝子が何をするかを調べる遺伝子予測も含まれる場合があります。遺伝子が実際にどこにあるかを調べるのに役立つESTまたはmRNA の配列を決定する関連プロジェクトもある場合があります。

歴史的および技術的観点

歴史的に、真核生物のゲノム（線虫Caenorhabditis elegansなど）を配列決定する場合、まずゲノムをマッピングして、ゲノム全体にわたる一連のランドマークを提供するのが一般的でした。染色体を一度に配列決定するのではなく、断片ごとに配列決定します（その断片がより大きな染色体のどこに位置しているかは事前にわかっています）。テクノロジーの変化、特にコンピューターの処理能力の向上により、ゲノムを一度に「ショットガン配列決定」できるようになりました（ただし、従来の方法と比較すると、この方法には注意点があります）。

DNA 配列決定技術の向上により、新しいゲノム配列を決定するコストは着実に低下しており (塩基対あたりのコストで)、新しい技術によりゲノムの配列決定もはるかに迅速に行えるようになりました。

研究機関がどのような新しいゲノムの配列を決定する際、モデル生物として重要度が高いか、人間の健康に関連がある種（病原細菌や蚊などの病気の媒介生物など）か、商業的に重要な種（家畜や農作物など）に重点が置かれてきました。分子進化における重要な疑問を解明するのに役立つゲノムを持つ種（チンパンジーなど）は、二次的に重視されています。

将来的には、ゲノムの配列決定がさらに安価かつ迅速になる可能性があります。これにより、同じ種の多くの異なる個体から完全なゲノム配列を決定できるようになります。これにより、人間については、人間の遺伝的多様性の側面をよりよく理解できるようになります。

例

L1 ドミネット 01449、ウシゲノムプロジェクトの被験者であるヘレフォード種

多くの生物には、完了した、または近々完了する予定のゲノムプロジェクトがあります。これには以下が含まれます。

ヒト、ホモ・サピエンス；ヒトゲノムプロジェクトを参照
ヒト、ホモ・サピエンス；ヒトゲノム計画を参照–
古エスキモー^[4]、古代人類
ネアンデルタール人、ホモ・サピエンス・ネアンデルターレンシス（部分）；ネアンデルタール人ゲノムプロジェクトを参照
チンパンジー Pan troglodytes ;チンパンジーゲノムプロジェクトを参照
ケナガマンモス、Mammuthus primigenius ^[6]
家畜牛、^[7]^[8] Bos taurus
牛ゲノム
ミツバチゲノムシークエンシングコンソーシアム
馬ゲノム^[9]
HR検出
ヒトマイクロバイオームプロジェクト
国際ブドウゲノム計画
国際ハップマッププロジェクト
トマト150+ゲノム再配列プロジェクト
10万ゲノムプロジェクト
100K病原体ゲノムプロジェクト
国際マウス表現型解析コンソーシアム IMPC
ノックアウトマウス表現型解析プロジェクト KOMP2
ジャイアントセコイア、セコイアデンドロン・ギガンテウム^[10]

参照

共同ゲノム研究所
ゲノム配列解析に携わる民間企業イルミナ
ゲノム解析とシークエンシングを提供する民間企業Knome
モデル生物
国立バイオテクノロジー情報センター

参考文献

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外部リンク

GOLD:ゲノムオンラインデータベース
ゲノムプロジェクトデータベース
タンパク質命名ユーティリティ
スーパーファミリー
EchinoBase 2016-10-25 にWayback Machineでアーカイブされました棘皮動物ゲノムデータベース (以前の SpBase、ウニゲノムデータベース)
国立公衆衛生局。
世界無脊椎動物ゲノム連盟 (GIGA) 2021-01-21 にWayback Machineでアーカイブ
ウェルカム・サンガー研究所
ウェルカムゲノムキャンパス

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