[論文レビュー] BOLD v4: A Centralized Bioinformatics Platform for DNA-based Biodiversity Data

Sujeevan Ratnasingham, Catherine Wei+17 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2024

Environmental DNA in Biodiversity Studies被引用数 4

ひとこと要約

BOLD v4 は、DNAベースの生物多様性データを統合的に管理する強化された中央集約型バイオインフォマティクスプラットフォームを提供し、分子的、形態的、分布的データを統合して、DNAバーコードのグローバルレファレンスライブラリを支援する。バイオインフォマティクス分野におけるデータ管理、分析、共有の向上を通じて、生物多様性科学を前進させ、1700万件の標本記録と1400万件のバーコードを100万種以上の種にわたって保有している。

ABSTRACT

BOLD, the Barcode of Life Data System, supports the acquisition, storage, validation, analysis, and publication of DNA barcodes, activities requiring the integration of molecular, morphological, and distributional data. Its pivotal role in curating the reference library of DNA barcodes, coupled with its data management and analysis capabilities, make it a central resource for biodiversity science. It enables rapid, accurate identification of specimens and also reveals patterns of genetic diversity and evolutionary relationships among taxa. Launched in 2005, BOLD has become an increasingly powerful tool for advancing understanding of planetary biodiversity. It currently hosts 17 million specimen records and 14 million barcodes that provide coverage for more than a million species from every continent and ocean. The platform has the long-term goal of providing a consistent, accurate system for identifying all species of eukaryotes. BOLD's integrated analytical tools, full data lifecycle support, and secure collaboration framework distinguish it from other biodiversity platforms. BOLD v4 brought enhanced data management and analysis capabilities as well as novel functionality for data dissemination and publication. Its next version will include features to strengthen its utility to the research community, governments, industry, and society-at-large.

研究の動機と目的

• DNAバーコーディングデータのグローバルなキュレイションと分析を支援できるように、バーコード・オブ・ライフ・データ・システム（BOLD）の能力を強化すること。
• 増加するDNAベースの生物多様性データの管理に応える、統合的かつスケーラブルなシステムの必要性に対応すること。
• 研究者、政府、産業界が利用できるように、データライフサイクルの支援、分析機能、セキュアな共同作業環境の向上を図ること。
• 科学的・社会的インパクトを広く及ぼすために、データの共有と公開機能を強化すること。
• DNAバーコーディングを用いたすべての真核生物種の正確で一貫した同定を実現する長期的目標を前進させること。

提案手法

• 分子的、形態的、分布的データを統合した、スケーラブルな中央集約型データベースアーキテクチャへの統合。
• DNAバーコード記録のための強化されたデータ検証および品質管理パイプラインの実装。
• 遺伝的多様性の評価、分類的帰属、系統発生的関係の推定に向けた高度な分析ツールの開発。
• 複数機関によるデータ共有と共同管理を可能にするセキュアな共同作業フレームワークの導入。
• オープンサイエンスと再現可能性を支援する、新しいデータ共有および公開ワークフローの設計。
• 長期的なデータ整合性とシステムの拡張性を保証する、堅牢でバージョン管理されたプラットフォーム（BOLD v4）の活用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多様な分類群とグローバルな貢献者をカバーするDNAバーコードデータのライフサイクルを、中央集約型バイオインフォマティクスプラットフォームがどのように効果的に管理できるか。
• RQ2 生物多様性データの規模と複雑さの増大に対応するため、データ管理および分析ツールにどのような強化が必要か。
• RQ3 グローバルな研究および保全応用を促進するため、セキュアで共同作業可能なデータワークフローをどのように実装できるか。
• RQ4 標準的かつスケーラブルなプラットフォームが、DNAバーコーディングによる世界中の種の同定という目標をどのように前進させるか。
• RQ5 研究者や政策立案者にとってのアクセス性とインパクトを高めるために、データ共有および公開機能をどのように最適化できるか。

主な発見

• BOLD v4 は、1700万件の標本記録と1400万件のDNAバーコードを保有しており、大陸および海洋をカバーする100万種以上の種を網羅している。
• 統合された分子的、形態的、分布的データ分析により、迅速かつ正確な種の同定が可能である。
• BOLD v4 に搭載された強化された分析ツールは、分類群間における遺伝的多様性のパターンや系統発生的関係の同定を支援する。
• データ取得・検証から公開・長期保存まで、データライフサイクルの完全な支援がシステムで提供されている。
• BOLD v4 のセキュアな共同作業フレームワークにより、複数機関によるデータ共有とレファレンスライブラリの共同開発が可能である。
• BOLD v4 は、将来的に研究、保全、政策分野における活用をさらに拡大する可能性を秘めた、生物多様性科学の基盤的リソースとして位置づけられている。