食品生産用細菌之high-throughput全遺伝子体解析pipeline

印度伝統発酵食bekang由来之Bacillus subtilis菌株、系統上異於日本納豆菌株、而共有高度相近之accessory遺伝子群。本研究示食品生産用細菌之high-throughput比較genome解析pipeline。

為究食品発酵所用Bacillus subtilis之多様性、初収55 genomes。経品質管理及統一annotation、取42菌株為主解析、施pangenome及比較genome解析。

研究背景及主要発見

本研究之概要及経緯、見下記。

• 新聞発表：日本の「納豆菌」と印度の伝統食「bekang」の菌は、他人なのに“そっくり”だった！？ 〜全遺伝子体解析が解き明かす、Asiaの発酵食文化と細菌の不思議な進化〜
• 研究経緯：The Global "Natto" Connection: How a Bowl of Beans in Myanmar Sparked a Genomic Discovery (Springer Nature Research Communities)

主解析以日本納豆由来26株為狭義natto群。印度伝統食品bekang唯一由来株Food_IND_1（n=1）、於core genome系統樹在natto clade之外、而拠accessory遺伝子presence/absence之Jaccard距離則最隣接。加此株之27株為広義natto群、以供比較。horizontal gene transfer（HGT）及選択的保持或解此現象、然非本研究直接実証之機構。機能主要推自annotation及濃縮解析、非直接測定複数bekang株之表現型。

比較全遺伝子体解析workflow

比較genome workflow一貫処理公開data取得、genome assembly、品質管理、annotation、pangenome解析、系統及遺伝子構成比較。

• data整備：施統一assembly・品質管理・annotation於公開raw reads及genome記録。
• 系統及遺伝子構成之比較：合core genome系統樹及拠accessory遺伝子presence/absence之Jaccard距離clustering。
• 候補差異之探索：究synteny、phylogenetic network及群特異的遺伝子、比較indel、transposon、遺伝子重複・短縮等。

証拠範囲及応用可能性

此等証拠可絞菌株関係及候補遺伝子。欲応用於生産性能・風味・安全性・品質管理、須表現型測定・発酵試験・再現性評価及生産現場検証。

• 利用可能性：可比較菌株、且生成表現型関連候補遺伝子・遺伝子群之仮説。
• 必要検証：惟sequence data不能直接診断菌株性能・製品品質・汚染有無。須併用実験及生産現場検証。

結論

本研究合core genome系統及accessory genome構成、示high-throughput比較genome workflow、能検出遠縁B. subtilis菌株間之類似性。Bekang之結果為n=1事例研究、機能仮説尚須追加検証。