自同一sequencing reads読取核DNA及葉緑体DNA

Eranga Pawani Witharana為第一著者。本研究班示一法：自同一sequencing reads効率取得葉緑体及核DNA之系統情報、而統合比較二者。

葉緑体（chloroplast; cp）全遺伝子体小而易解析、故広用於植物系統研究。然多被子植物之cpDNA為片親遺伝、常母系遺伝。故其phylogenetic signal異於両親由来之核DNA。惟拠葉緑体data、時未能充分解明進化関係。

欲得網羅的系統情報、両親由来核DNA亦要。核DNA較cpDNA供更包括之遺伝情報。従来取得核DNA全体費高、近年target capture及RNA sequencing等低費高効率法出。然通常須別備葉緑体及核DNA之data。

本研究応此課題、開発検証新法。即自葉緑体全遺伝子体解析所用同一raw reads、取得核DNA系統情報。

吾等用計算toolRead2Tree。Read2Tree自raw reads直接且効率抽出保存核遺伝子配列。

論文発表後、為便workflow再現応用、公analysis pipeline於GitHub repository「Eranga-Witharana/rt2-phylogenomics」。

Read2Tree主要特徴及利点

• 経済且高効率：葉緑体解析用raw data、亦供核DNA解析、故低減data取得cost。
• 網羅的核情報取得：拠参照genome-guided法、抽出多数保存核遺伝子。
• 解析一貫化：統合遺伝子識別、alignment作成及系統樹構築於一pipeline。
• 個別準備不要：用既存参照data set、無須設計検証種特異的probe set及database。
• 不一致解析有用：出力各遺伝子alignment情報、供究遺伝子樹・種樹間系統不一致之因。

手法検証―以柑橘亜科植物為例

為検証新法之有効性及実用性、取柑橘及其近縁種所成、系統関係複雑之柑橘亜科（Aurantioideae）為対象。

以Read2Tree取得柑橘亜科39種之保存核遺伝子配列、比較於自同一raw reads構築之葉緑体全遺伝子体系統樹。

• 既存核DNA法之比較：以Read2Tree所得核DNA系統樹比較先行研究之RAD-Seq 系統発生樹、評価其信頼性。
• 葉緑体系統解析之統合：自同一raw data構築葉緑体全遺伝子体系統樹、比較Read2Tree核DNA樹、解析cytonuclear discordance。
• 究系統不一致之因：合Read2Tree各遺伝子alignment data於D-statistic、DFOIL、QuIBL等、解析不完全系統分岐（ILS）、遺伝子浸透（introgression）及古代遺伝子浸透、其寄与所観察系統不一致之有無。

成果―手法有効性

本研究得以下諸点、証Read2Tree法之有効性。

• 核DNA系統樹之比較：Read2Tree所得系統関係、概合先行RAD-Seq研究。然一部taxa之位置尚未定、非謂全分岐已確定。
• data再利用之効率：同一short-read data可兼供葉緑体全遺伝子体解析及核DNA系統解析、較別備配列data費用効率高。此非正式経済評価、惟示data取得及再利用之利。
• 系統不一致之解析：複数解析示incomplete lineage sorting（ILS）為主因。特定clade、introgression及ancient introgression亦或有寄与。

結論

本研究示以Read2Tree自同一raw reads得保存核遺伝子、比較葉緑体系統、而可考ILS及introgression之影響。然一部分類群之位置未定、非確定全分岐之研究。

此法或資将来植物系統研究、復元詳細且可信之進化史。

食材研究応用可能性

以下応用可能性、推自検証済phylogenetic workflow。育種・風味・栄養価・病害抵抗性、非本論文直接検証之結果。

柑橘亜科之植物、世界広用於食用及薬用。知其正確系統関係及交雑進化史、実要於品種改良・保全・活用野生近縁種等将来食材資源。

Read2Tree法使自同一data set効率得葉緑体及核DNA情報、可資多数食用植物之網羅的且詳細系統解析。

又能解析ILS及introgression等複雑遺伝過程、為理解食用植物之栄養価・風味・病害虫抵抗性等、如何於進化史中獲得維持之基。

故此法深食材植物多様性之理解、供推進品種開発及持続可能資源利用研究之基盤。