植物における遺伝子発現のエピジェネティック制御系の開発

• Project/Area Number: 17658002
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Breeding science
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 金澤 章 Hokkaido University, 大学院・農学研究院, 准教授 (30281794)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 植物 / 遺伝子発現 / エピジェネティックス / メチル化 / 転写 / ジーンサイレンシング / TGS / エピジェネティック / プロモーター

Research Abstract

本研究では、二本鎖RNA分子が、植物のゲノムDNAに対して配列特異的なメチル化ならびに転写不活性化を誘導することを利用してエピジェネティックな転写不活性化(TGS)の系を確立すること、ならびに、その不活性化状態の維持機構を解明することを目的として研究を行った。CaMV 35Sプロモーターにより転写制御されるカルコーン合成酵素遺伝子を導入することで花色の変化を誘導した形質転換ペチュニアを用いた研究により、外来遺伝子がTGSを受けるためには、プロモーター近位配列が高い頻度でメチル化を受けることが関連していることを明らかにしていた。本年度は、外来遺伝子が転写不活性化されているペチュニア植物体に対して、DNAメチル化の阻害剤5-アザシチジンによる処理を行うことにより、TGSが解除されるか否か、また、その際にメチル化の程度、および、特定の領域の脱メチル化がTGSに影響を及ぼすか否かを検討した。その結果、TGSは部分的に解除され、その際に、転写開始点の上流約300 bpの領域においてメチル化の程度が低下した。同様な効果は、ヒストン脱アセチル化阻害剤として知られるトリコスタチンAによる処理によっても得られた。この実験と並行して行った、ウイルスベクターを用いてプロモーター領域に対する二本鎖RNAを産生し、その機能によるエピジェネティックな変化を誘導する実験により、このプロモーター領域の全域のメチル化はTGSに必ずしも必要な条件ではないが、部分的にメチル化が誘導されることがTGSと密接に関連することを見出した。以上の研究から得られた知見を総合し、高い効率でTGSを誘導するため、ならびに、それを維持するためには、このプロモーターの転写開始点から約300 bp上流の領域の一部に対して高い頻度でメチル化が誘導されることが必要であり、この領域全体にわたって高いメチル化が存在することは、世代を越えて安定にTGSの状態が伝達されるために十分な条件であるという結論を得た。

Research Products

• [Journal Article] The binding of nuclear factors to the as-l element in the CaMV 35S promoter is affected by cytosine methylation in vitro. (2007)
  • Author(s): Akira Kanazawa
  • Journal Title: Plant Biol. 9 Pages: 435-441
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epigenetic inactivation of chalcone synthase-A transgene transcription in petunia leads to a reversion of the post-transcriptional gene silencing phenotype. (2007)
  • Author(s): Akira Kanazawa
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 48 Pages: 638-647
  • NAID: 10027001653
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional analysis of soybean genes involved in flavonoid biosynthesis by virus-induced gene silencing. (2007)
  • Author(s): Atsushi Nagamatsu
  • Journal Title: Plant Biotechnol. J. 5 Pages: 778-790
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The binding of nuclear factors to the as-1 element in the CaMV 35S promoter is affected by cytosine methylation in vitro. (2007)
  • Author(s): Akira Kanazawa
  • Journal Title: Plant Biol. 9(in press)
• [Journal Article] Epigenetic inactivation of chalcone synthase-A transgene transcription in petunia leads to a reversion of the post-transcriptional gene silencing phenotype. (2007)
  • Author(s): Akira Kanazawa
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 48(in press)
  • NAID: 10027001653
• [Journal Article] Gene expression and genetic mapping analyses of a perennial ryegrass glycine-rich RNA-binding protein gene suggest a role in cold adaptation. (2006)
  • Author(s): Hiroshi Shinozuka
  • Journal Title: Mol. Genet. Genomics 275 Pages: 399-408
• [Journal Article] The regulatory function of the upstream sequence of the β-conglycinin α subunit gene in seed-specific transcription is associated with the presence of the RY sequence. (2006)
  • Author(s): Michiko Yoshino
  • Journal Title: Genes Genet. Syst. 81 Pages: 135-141
• [Journal Article] Rapid induction of transcriptional and post-transcriptional gene silencing using a novel Cucumber mosaic virus vector. (2006)
  • Author(s): Shungo Otagaki
  • Journal Title: Plant Biotechnol. 23 Pages: 259-265
• [Journal Article] Gene expression and genetic mapping analyses of a perennial ryegrass glycine-rich RNA-binding protein gene suggest a role in cold adaptation. (2006)
  • Author(s): Hiroshi Shinozuka
  • Journal Title: Mol. Genet. Genomics In press
• [Journal Article] The regulatory function of the upstream sequence of the β-conglycinin a subunit gene in seed-specific transcription is associated with the presence of the RY sequence. (2006)
  • Author(s): Michiko Yoshino
  • Journal Title: Genes Genet. Syst. In press
• [Journal Article] Rapid induction of transcriptional and post-transcriptional gene silencing using a novel Cucumber mosaic virus vector. (2006)
  • Author(s): Shungo Otagaki
  • Journal Title: Plant Biotechnol. In press
• [Journal Article] Molecular analysis and physicochemical properties of electrophoretic variants of wild soybean Glycine soja storage proteins. (2005)
  • Author(s): Takako Fukuda
  • Journal Title: J.Agric.Food Chem. 53 Pages: 3658-3665
• [Journal Article] The star-type color pattern in Petunia hybrida‘Red Star' flowers is induced by the sequence-specific degradation of the chalcone synthase RNA. (2005)
  • Author(s): Maiko Koseki
  • Journal Title: Plant Cell Physiol. 46 Pages: 1879-1883
• [Presentation] Virus-induced gene silencingを利用したダイズ種子におけるフラボノイド成分の量的改変 (2008)
  • Author(s): 金澤 章
  • Organizer: 日本育種学会第113回講演会
  • Place of Presentation: 川崎市 明治大学
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] RNA-directed DNA methylationのトリガーとなるプロモーター領域の長さと外来性遺伝子の効率的な転写不活性化誘導の関連性 (2008)
  • Author(s): 太田垣駿吾
  • Organizer: 第49回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌市 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2008-03-21
• [Presentation] 花色の変化に現れる配列特異的RNA分解とエピジェネティックな転写抑制 (2007)
  • Author(s): 金澤 章
  • Organizer: 日本分子生物学会第30回年会
  • Place of Presentation: 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] 植物におけるウイルスベクターを介した外来性プロモーターのメチル化の誘導効率の違いが転写活性に及ぼす影響 (2007)
  • Author(s): 太田垣駿吾
  • Organizer: 日本分子生物学会第30回年会
  • Place of Presentation: 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] Virus-induced・gene silencingを利用したダイズにおけるフラボノイドの生合成に関わる遺伝子の機能解析と組成の改変 (2007)
  • Author(s): 永松 敦
  • Organizer: 日本分子生物学会第30回年会
  • Place of Presentation: 横浜市 パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-12-13
• [Presentation] ダイズにおいてF3'H mRNA蓄積量が毛茸の着色に関与する (2007)
  • Author(s): 永松 敦
  • Organizer: 札幌農林学会平成19年度大会
  • Place of Presentation: 札幌市 北海道大学
  • Year and Date: 2007-12-01
• [Presentation] ダイズ種子貯蔵タンパク質β-コングリシニンαサブユニット遺伝子プロモーターの形質転換シロイヌナズナにおける時間的・空間的な発現制御 (2007)
  • Author(s): 井元 勇介
  • Organizer: 札幌農林学会平成19年度大会
  • Place of Presentation: 札幌市 北海道大学
  • Year and Date: 2007-12-01
• [Presentation] キュウリモザイクウイルスベクターを用いたペチュニアの内在性遺伝子プロモーターへのメチル化誘導 (2007)
  • Author(s): 稲場純一
  • Organizer: 日本植物病理学会北海道部会
  • Place of Presentation: 札幌市 北海道大学
  • Year and Date: 2007-10-12
• [Presentation] Virus-induced gene sliencingを利用したダイズフラボノイド生合成の改変 (2007)
  • Author(s): 永松 敦
  • Organizer: 日本育種学会第ll2回講演会
  • Place of Presentation: 鶴岡市 山形大学
  • Year and Date: 2007-09-23
• [Presentation] ペチュニアCHS-A遺伝子の過剰転写によるPTGSの誘導とエピジェネティックな転写抑制によるPTGSからの復帰 (2007)
  • Author(s): 金澤 章
  • Organizer: 日本遺伝学会第79回大会
  • Place of Presentation: 岡山市 岡山大学
  • Year and Date: 2007-09-20
• [Book] 植物育種学辞典 (2005)
  • Author(s): 日本育種学会編
  • Total Pages: 785
  • Publisher: 日本育種学会