機能ゲノミクスと比較ゲノミクス

ゲノムがシーケンスされた後には、より困難な問いが浮上します。すなわち、どの領域が機能的であるのか、それらは何をするのか、そして他の種のゲノムと比較することで何が学べるのか、といった問いです。

Definition

機能ゲノミクスは、ゲノムワイドな規模で遺伝子やその他のゲノム要素に生物学的役割を割り当てることを目指し、比較ゲノミクスは、異なる種のゲノムをアライメントし対比することで、機能と進化の歴史を推定します。

Scope

このトピックでは、遺伝子および制御要素を特定するためのゲノムのアノテーション、トランスクリプトミクスによる発現のハイスループット研究、ノックアウトやスクリーニングによる遺伝子機能の系統的割り当て、保存領域と分岐領域を検出するための種間でのゲノムのアライメントと比較、オーソログとパラログの推定、そしてこれらの情報を整理するゲノムブラウザとデータベースについて扱います。ゲノム配列の解釈を扱い、その配列の決定については隣接するトピックで扱われます。

Core questions

• 生のゲノム配列において、遺伝子と制御要素はどのように特定され、アノテーションされるのでしょうか？
• 様々な条件下での発現を測定することは、遺伝子が何をするのかをどのように明らかにするのでしょうか？
• 種間での配列の保存性は、機能的な重要性をどのように示唆するのでしょうか？
• オーソログとパラログはどのように区別され、なぜそれが重要なのでしょうか？

Key concepts

• 遺伝子と制御要素のゲノムアノテーション
• トランスクリプトミクスと発現プロファイリング
• 機能スクリーニングと遺伝子ノックアウト
• 種間配列アライメントと保存性
• オーソログ、パラログ、ゲノムブラウザ

Mechanisms

アノテーションは、オープンリーディングフレームやスプライス部位などの配列シグナルと、発現した転写産物からの証拠を組み合わせます。比較解析はゲノムをアライメントし、中立進化が許容する範囲を超えて保存されている配列は機能的である可能性が高いものとして際立ち、遺伝子の重複と喪失は系統特異的な革新をたどります。

Clinical relevance

機能ゲノミクスと比較ゲノミクスは、疾患候補遺伝子の優先順位付けを行い、バリアントの保存性によってその影響を解釈し、モデル生物の選択を導き、臨床医や研究者が患者ゲノムを理解するために使用するアノテーションとブラウザを提供します。

History

1990年代後半からゲノム配列が蓄積されるにつれて、焦点はシーケンスから解釈へと移行しました。大規模なコンソーシアムが機能要素をアノテーションし、モデル生物の比較が深い保存性（conservation）を明らかにし、2002年に立ち上げられたUCSCブラウザのような公共ゲノムブラウザがゲノムワイドなアノテーションを広く利用可能にしました。

Key figures

• David Haussler
• Eric Lander
• Michael Ashburner

Seminal works

• kent2002
• brown2018

Frequently asked questions

機能ゲノミクスと比較ゲノミクスにはどのような違いがありますか？

機能ゲノミクスは、ゲノム要素が何をするのかを問うもので、しばしば発現を測定したり、遺伝子を破壊する効果を調べたりする実験を通じて行われます。一方、比較ゲノミクスは、異なる種のゲノムを比較することによって、機能と進化の歴史を推定します。

配列の保存性が機能を示唆するのはなぜですか？

重要な機能を果たす領域は、長い進化の過程で自然選択によって保存される傾向があるため、遠縁の種間で類似性を保っている配列は、変異が自由に起こるのではなく、機能的に制約されている可能性が高いと考えられます。