Genome browser and laboratory information management system for functional and comparative fungal genomics

Abstract

효모균 Sacchromyces cerevisiae 의 전체염기서열이 1996년에 발표된 이래, 90종 이상의 진균 염기서열이 공개되었다. 하지만 각각 다른 기관에서 진행하여 보관중인 염기 서열의 불균등성으로 인해 효율적이고 종합적인 비교분석을 위한 데이터의 통합이 방해되고 있었다. Comparative Fungal Genomics Platform 은 단일 표준화된 형식을 통하여 유전자 데이터의 다각적인 통합 분석을 지원하기 위해 개발되었다. 이러한 CFGP 및 관련 데이터베이스의 시스템 구성을 기반으로 종간에 걸친 효율적인 데이터 시각화 및 활용을 촉진하기 위해 새로운 유전체 탐색기가 필요했다. 그에 따라 개발된 SNUGB 는 91종 (129집합) 의 곰팡이, 33 종 (37 집합) 의 식물과 동물의 유전체 염기서열 정보를 담고 있으며 각 유전체의 속성 정보를 시각화, 비교 분석 가능한 플랫폼이다. 저장된 유전체 정보는 도해 다이어그램과 표, 일반 텍스트 방식의 3가지 시각화와 6 가지 표시 선택사항을 통해 탐색할 수 있으며 뷴류학에 기초를 둔 계층구조 방식의 새로운 탐색기를 통하여 각 종의 정보를 빠르게 접근 가능하다. 그리고 SNUGB 내부에 포함된 BLAST annotation 프로그램을 통하여 다른 종과의 비교분석이 가능한 기능도 제공하고 있다. 또한 SNUGB 의 모듈형 설계는 다른 유전체 비교 분석 플랫폼에 쉽게 이식이 가능하고 지속적인 확장이 가능한 장점을 내포하고 있다. 이러한 SNUGB 는 곰팡이계(界) 뿐만이 아니라 다른 계와의 유전체 비교 기능 분석에 강력한 지원 시스템이 될 것이다. 또한 다량의 유전체 염기서열정보와 기능 유전체학이 발전함에 따라 대규모 표현형 검사 실험은 효율적인 데이터 처리라는 문제에 직면하고 있다. 이러한 연유로 여러 모델 생물의 표현형 검사 데이터 관리 및 검색을 지원하기 위해 실험실 정보 관리 시스템 (LIMS) 이 사용되고 있다. 하지만 미생물 표현형 연구에 LIMS 를 적용하려는 많은 노력에도 불구하고, 각각의 실험체의 표현형 정보를 얻기위한 지침이 서로 다르기 때문에 얻어진 데이터 또한 비교 분석이 힘들었다. 전 세계적으로 쌀 재배 지역에 걸쳐 가장 파괴적인 질병인 벼 도열병을 발생시키는 곰팡이인 Magnaporthe oryzae 를 위해 개발된 LIMS 플랫폼 또한 존재 하지 않았다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 LIMS for M. oryzae 는 표적 유전자 제거에 대한 통합 관리 시스템뿐만 아니라 실험 과정 관리 시스템과 같은 표현형 분석 및 데이터 수집에 관한 표준화된 지침을 연구자에게 주고 있다. 또한 앞서 개발된 CFGP 플랫폼과의 연동을 통하여 유전체 정보와 표현형 정보의 연결 고리를 제공한다. 이 시스템은 유전자 정보와 그 유전자에 관한 표현형 실험 절차, 표준화된 실험 방법, 관련된 출판 논문을 통합 관리하며 저장된 결과는 다른 연구자와 쉽게 공유 가능하다. 또한 새로운 유전자의 기능 실험 전에 기 저장된 유전자 표현형 실험 결과를 사용자가 원하는 방식의 검색을 통해서 미리 기능 예측이 가능하다. 이러한 모든 기능은 사용자 친화적인 웹 기반의 사용자 중심 인터페이스를 통해 쉽게 접근할 수 있다. 이러한 LIMS for M. oryzae 시스템은 벼 도열병에 대한 중요한 연구 자원이 될 것이며, 도열병뿐만이 아니라 다른 모든 식물병원성 곰팡이의 시스템 수준에서 질병의 기작을 이해하는데 큰 도움을 줄 것이라 예측된다.

Since the full genome sequences of Sacchromyces cerevisiae were released in 1996, genome sequences of over 90 fungal species have become publicly available. The heterogeneous formats of genome sequences archived in different sequencing centers hampered the integration of the data for efficient and comprehensive comparative analyses. The Comparative Fungal Genomics Platform (CFGP

http://cfgp.snu.ac.kr/) was developed to archive these data via a single standardized format that can support multifaceted and integrated analyses of the data. To facilitate efficient data visualization and utilization within and across species based on the architecture of CFGP and associated databases, a new genome browser was needed. So, we developed the SNUGB that integrates various types of genomic information derived from 91 fungal/oomycete (129 datasets) and 33 plant and animal (37 datasets) species, graphically presents germane features and properties of each genome, and supports comparison between genomes. The SNUGB provides three different forms of the data presentation interface, including diagram, table, and text, and six different display options to support visualization and utilization of the stored information. Information for individual species can be quickly accessed via a new tool named the taxonomy browser. In addition, SNUGB offers four useful data annotation/analysis functions, including BLAST annotation. The modular design of SNUGB makes its adoption to support other comparative genomic platforms easy and facilitates continuous expansion. The SNUGB serves as a powerful platform supporting comparative and functional genomics within the fungal kingdom and also across other kingdoms. All data and functions are available at the web site http://genomebrowser.snu.ac.kr/. As the enormous genome reveals and functional genomics becomes more advanced, large-scale phenomics presents challenges encountered in new way for the efficient handling of data. For this reason, laboratory information management system was implemented in support of managing and querying the phenotype screening data for several model organisms. Notwithstanding many efforts of applying LIMS to microbial organism research and these all systems have same disciplines but these commodities are different among the platform because each organism has different guideline for getting information from phenotype assay and there was no previously developed LIMS platform in the field of filamentous fungi which has important pathogenic fungal agents like Magnaporthe oryzae one of the most destructive rice blast diseases throughout the worldwide rice cultivated area. So, we developed LIMS for Magnaporthe oryzae to provide not only integrated management system for targeted knock-out but also standardized method like a guideline of phenotype assay and data acquisition formats like work process management system. In addition, we also produced close linkage that is based on locus number between phenotype data in LIMS system and genotype information in CFGP (http://cfgp.snu.ac.kr), a genome data warehouse. This system will manage knock-out mutant by locus number, phenotype experimental assay by list of tasks, lab standard protocols, related or cited papers and influence on such research field. Sharing and comparing all standardized experimental results between all peer is supported by Global-Standard phenotype assay forms. And more easily speculate unknown genes that supported by ordered pre-existing results in LIMS database. Researchers can simply access these all system using user-friendly web-based LIMS database (http://lims.riceblast.snu.ac.kr). LIMSMO is a valuable resource to serve the community who work on rice blast disease. Furthermore, it will shed light on a model platform for pathogenomics, not only Magnaporthe oryzae but also plant pathogenic fungi, to understand the disease mechanism at the systems level.