出芽酵母の統合的フェノミクスによって明らかになった表現型多様性の構造

Integrative phenomics reveals insight into the structure of phenotypic diversity in budding yeast.

Skelly DA, Merrihew GE, Riffle M, Connelly CF, Kerr EO, Johansson M, Jaschob D, Graczyk B, Shulman NJ, Wakefield J, Cooper SJ, Fields S, Noble WS, Muller EG, Davis TN, Dunham MJ, Maccoss MJ, Akey JM. Genome Res. 2013 Sep;23(9):1496-504. doi: 10.1101/gr.155762.113. Epub 2013 May 29. PMID: 23720455

前回のエントリーで紹介した「世界の酵母」の続き(?)です。

「フェノミクス」というのは、さまざまな細胞種において、mRNAの発現量、タンパク質の発現量、代謝物の量、細胞の形態それぞれを網羅的に調べる技術のことを指しているようです。

この論文では、世界各地から単離された出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)の22株について上記のフェノーム解析を行っています。

はじめに私が驚いた(がっかりした?)のは、前回のエントリーで「Sake yeastの仲間」と分類されていたものが、今回の論文を読んでみると、実はアフリカのココナツミルクを発酵させたお酒に使われているもので、酒酵母とはあまり近くないという結論になっていたことでした。

私が「いいにおい」と思っていたのは、お酒とは関係なかったようです・・・。それとは別に、この論文のSupplementaryには、Sake yeastの特異的な性質について書かれてもいます。

話を本筋に戻しますと、22株の塩基配列の違いは最も違うもので100bpに1つ程度、解糖系やTCAサイクルのタンパク質の発現量は株によって違っていて、それが各株の発酵力の違いにつながっているのだろうと予測されています。

たくさんの株のフェノームを調べることで、できたら嬉しいと筆者らが思っていることは、DNAの配列の違いから表現型を予測することだと思います。

例えば、PPN1という遺伝子のプロモーター領域の1塩基の違い(SNP)が、PPN1のmRNAの発現量とタンパク質の発現量の高い低いを決めている事がわかりました。

このような事例を膨大に積み上げれば、DNAの配列の違いからタンパク質の発現量の違い、さらにはその酵母の発酵能力の違いといったことが予測できるようになると考えられるのです。

実際に筆者らはこの論文の最後のほうで、得られたフェノームの相関関係を使って数理モデルを作っています。モデルが正しくできていれば、既知の値(例えばある遺伝子のmRNAの量)を使って未知の値(その遺伝子のタンパク質の量)が予測できる事になります。

現在のレベルではDNAの配列のみからフェノタイプを予測できるレベルではないようです。また、mRNAやタンパク質のレベルから、代謝物の量を予測することもほとんどの場合うまくいかないようです。

 

ところで、はずかしながらこの論文を読んでから気がついたのですが、東京大学の大矢先生のグループから、さまざまな酵母株で、細胞の形態に注目したフェノーム解析の論文が発表されていました(発表は上の論文より2ヶ月ほど早いです)。

上で紹介した論文でも同じ解析システムを使った形態の解析は行われていますが、発表時期は比較的近くて、上の論文ではこちらの論文は引用されていないので、独立に行われた仕事なのでしょう。

Single-cell phenomics reveals intra-species variation of phenotypic noise in yeast.

Yvert G, Ohnuki S, Nogami S, Imanaga Y, Fehrmann S, Schacherer J, Ohya Y. BMC Syst Biol. 2013 Jul 3;7:54. doi: 10.1186/1752-0509-7-54.PMID:23822767
同じ S. cerevisiae でも細胞の形態(丸さなど)に色んなバリエーションがあるのだということが見て取れます。この論文での発見は、それぞれの株によって形態のバリエーションに大きな違いがあるということのようです。
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