分子系統学の基礎と実践 2016年1月18日植物バイオサイエンス課程

植物系統分類学・第13回
分子系統学の基礎と実践
2016年1月18日
植物バイオサイエンス課程
尾形善之
これから3回の構成
★第13回（今回）：木本植物の特徴と分類
♦ 樹木の識別方法
♦ 樹木の分類
★第14回：分子系統学の基礎と実践
♦ 遺伝子・DNAによる分類
♦ 公共データバンクの活用
★第15回：比較ゲノミクスの基礎と実践
♦ 比較ゲノミクスとは
♦ ゲノム情報の取得
リボソーム
★原核生物
♦ 70Sリボソーム
• 50Sサブユニット＋30Sサブユニット
★真核生物
♦ 80Sリボソーム
Small subunit ribosomal RNA
• 60Sサブユニット＋40Sサブユニット
★葉緑体
♦ 70Sリボソーム
• 原核生物と同様
遺伝子・DNAによる分類
★リボソームDNAを利用する
♦ リボソームRNAをコードしている
• 全生物が保有している
• 塩基配列をアミノ酸配列に変換する
♦ 似ている配列と似ていない配列が混在している
• 似ている配列（コード領域、16S、18Sなど）：全生物で保
存
– 微生物叢解析に利用
• 似ていない配列（ITS領域）：種内でも異なる
– 種の同定に利用
リボソームDNAの種類
★原核生物・葉緑体
♦ 16S rRNA
• 30Sサブユニットを構成
★真核生物
♦ 18S rRNA
• 40Sサブユニットを構成
• イネ科では17S rRNA
ユニバーサルプライマー
系統分類ツール
★いくつか紹介していきます
♦ MEGA
♦ ClustalX
♦ MAFFT
♦ はじけじゅ
系統分類のためのツール・1
★MEGA
♦ Molecular Evolutionary Genetics Analysis
♦ V7が登場!!
• でもまだβ版なので、V6を使う
♦ 描画が得意
♦ アライメントはClustalWを使っている
MEGAの入手
★入手サイト
♦ http://www.megasoftware.net/
★注意すること
♦ 配列ファイルの拡張子は「.fas」「.fasta」などにし
ないといけない。
♦ 配列ファイルから、いきなり解析はできない。
• 一旦、ClustalWでアライメントをしてから。
MEGAの解析結果
★横軸は、似てい
る程度を表して
いる。
★ヒトと線虫は、か
なり離れている。
★マメ科は草本と
木本が纏まる。
MEGAの解析結果
コントロールを抜いたら、かなり分かれ方が変わ
る
系統分類のためのツール・2
★ClustalX
♦ 伝統的なツール
♦ アライメントが得意
♦ 入手先
• http://www.clustal.org/
♦ 注意点
• ファイルのパス名に日本語が入っていると、読めない
• 描画は別ツールで（例えば、TreeView）
ClustalW～TreeView
Prunus persica
Prunus persica
Nicotiana tabacum
Nicotiana tabacum
Arabidopsis thaliana
Arabidopsis thaliana
Brassica rapa
Brassica rapa
Robinia pseudoacacia
Glycine max
Medicago truncatula
Cicer arietinum
いろいろな描き方が選べ
る
Robinia pseudoacacia
Glycine max
Medicago truncatula
Cicer arietinum
Zea mays
Triticum aestivum
Zea mays
Oryza sativa
Triticum aestivum
Homo sapiens
Caenorhabditis elegans
Oryza sativa
Solanum lycopersicum
Homo sapiens
Solanum tuberosum
Caenorhabditis elegans
Cucumis sativus
Solanum lycopersicum
Solanum tuberosum
Populus trichocarpa
Hevea brasiliensis
Ricinis communis
Cucumis sativus
Citrus sinensis
Populus trichocarpa
Hevea brasiliensis
Ricinis communis
Citrus sinensis
0.1
ClustalW～TreeView
Caenorhabditis elegans
Ricinis communis
Citrus sinensis
Cucumis
sativus
Populus
trichocarpa
Hevea
brasiliensis
Solanum
tuberosum
Solanum lycopersicum
Nicotiana
tabacum
Prunus persica
Arabidopsis thaliana
Brassica rapa
Robinia
pseudoacacia
Glycine
max
Cicer
arietinum
Medicago
truncatula
Oryza sativa
Homo sapiens
Zea mays
Triticum
aestivum
系統分類のためのツール・3
★MAFFT
♦ オンラインでもダウンロード版でも実行できます。
♦ ダウンロード版はコマンド入力です。
♦ 系統樹を描くには……
• MAFFT～ClustalW～TreeView と進みます。
MAFFT～ClustalW～TreeView
Triticum aestivum
Oryza sativa
Zea mays
Homo sapiens
Caenorhabditis elegans
Citrus
sinensis
Ricinis
communis
Cucumis
sativus
Populus
trichocarpa
Glycine
max
Medicago
truncatula
Robinia
pseudoacacia
Cicer
arietinum
Prunus
persica
Hevea
brasiliensis
Triticum aestivum
Brassica rapa
Oryza sativa
Solanum
tuberosum
Arabidopsis thaliana
Solanum
lycopersicum
Nicotiana
tabacum
Zea mays
Nicotiana tabacum
Solanum lycopersicum
Solanum tuberosum
Arabidopsis thaliana
Brassica rapa
Robinia pseudoacacia
Glycine max
Medicago truncatula
Homo sapiens
Cicer arietinum
Prunus persica
Cucumis sativus
Populus trichocarpa
Hevea brasiliensis
Ricinis communis
Citrus sinensis
0.1
Caenorhabditis elegans
ツールの比較
Arabidopsis tha
Prunus persica
Brassica rapa
Cucumis sativus
Robinia pseudoa
Arabidopsis thaliana
Glycine max
Brassica rapa
Medicago trunca
Robinia pseudoacacia
Cicer arietinum
Glycine max
Medicago truncatula
Prunus persica
Cucumis sativus
Cicer arietinum
Triticum aestivum
Populus trichoc
Zea mays
Citrus sinensis
Oryza sativa
Hevea brasilien
Nicotiana tabacum
Ricinis communi
Solanum lycopersicum
Nicotiana tabac
Solanum tuberosum
Solanum lycoper
Populus trichocarpa
Solanum tuberos
Hevea brasiliensis
Zea mays
Ricinis communis
Triticum aestiv
Citrus sinensis
Oryza sativa
0.01
0.01
MEGA
MAFFT
ClustalW
チェックポイント・I
1. 原核生物と真核生物のリボソームの違い
は?
2. 系統分類にリボソームDNAを使う理由は?
3. 系統分類に利用できるツールは?
リボソームRNAのデータベース
★16S（原核生物）は充実している
♦ Ribosomal Database Project (RDP)
♦
National Center for Biotechnology Information (NCBI)
♦ これらのデータベースは、どんどん充実していく
リボソームRNAのデータベース
★18S（真核生物）はほとんど纏められていな
い
♦ 菌類の28S（大ユニット）は少し纏められている
♦
Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)
• ただしデータのダウンロードは有償
♦ Plant rRNA database
• データのダウンロードは現状では確認できない（検索のみ）
公共データベースをどう使うか?
★定性的アプローチ
♦ 見つけた配列が新しい種かどうか?
★定量的アプローチ
♦ 解析している環境にどのような生物が含まれている
か?
本日の課題
★バクテリアの系統分類をする方法を書きなさ
い。
★カビの系統分類をする方法を書きなさい。
★植物の系統分類をするとしたら、どのような
植物の分類をしてみたいですか?

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