Function of epigenetic histone modification in a seasonal environment

• Project/Area Number: 19H01001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 工藤 洋 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (10291569)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000); Fiscal Year 2021: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2020: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2019: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
• Keywords: ヒストン修飾 / H3K27me3 / 長期環境応答 / エピジェネティクス / ハクサンハタザオ

Outline of Research at the Start

植物は季節に沿ってダイナミックに変化する環境に対応するために、短期の環境応答システムに加え、それらの短期応答の反応のしやすさを季節的に制御するメカニズムを持つはずである。例えば、昆虫による食害に対する防御応答は夏に反応しやすくなっており、凍結に対する耐性応答は冬に反応しやすいと予想される。しかし、そのしくみの実態は明らかではない。本研究では、植物のエピゲノムの季節変化に着目し、特に遺伝子の発現制御に重要な役割を持つと考えられるヒストン修飾を解析することにより、長期環境応答の実態と機能を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、植物のエピゲノムの季節変化に着目し、特に遺伝子の発現制御に重要な役割を持つと考えられるヒストン修飾を解析することにより、長期環境応答を明らかにすることを目的としている。本年度研究代表者が特別推進研究を開始したため、本課題は年度途中までの実施となった。
当初の予定：クロロフィル蛍光を測定する機器を導入した継続研究を実施する。これらの解析により、季節によるゲーティングを特定する。また、ハクサンハタザオの標高勾配に沿った遺伝的変異を対象とした解析を行う。特に本年度は低温馴化に関わる遺伝子の発現に着目して、標高適応と季節プライミングとの関係を解析する。さらに、常温でH3K27me3を蓄積し、長期の低温でH3K27me3が減少するプロ―モータを解析する。以上の3点を総合することにより、植物のエピゲノムの季節変化における制御機構と生態機能を明らかにする。
実施：クロロフィル蛍光を測定する機器による野外測定を5月に実施した。これは昨年度より継続的に実施しており、季節変動をとらえるのが目的である。また、複数の地域において、標高経度に沿ったハクサンハタザオのサンプリングを4-5月に実施した。このサンプルは、今後、気温を操作した栽培実験下で遺伝子発現を評価する予定である。さらに、常温でH3K27me3を蓄積し、長期の低温でH3K27me3が減少するプロ―モータの解析を当該期間の間すすめた。
限られた期間であったが、予定していた内容を着実に実施した。なお、これ以降の計画内容は、特別推進研究の課題と深く関連しており、引き続き実施する予定である。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Population differentiation in the leaf shape and growth form of Cardamine scutata Thunb. in tidal and non‐tidal habitats (2021)
  • Author(s): Soga Eri、Sugisaka Jiro、Watanabe Mikio、Kudoh Hiroshi
  • Journal Title: Plant Species Biology Volume: - Issue: 3 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1111/1442-1984.12325
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Duration of cold exposure defines the rate of reactivation of a perennial FLC orthologue via H3K27me3 accumulation (2020)
  • Author(s): Nishio Haruki、Iwayama Koji、Kudoh Hiroshi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10(1) Issue: 1 Pages: 16056-16056
  • DOI: 10.1038/s41598-020-72566-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Seasonal plasticity and diel stability of H3K27me3 in natural fluctuating environments (2020)
  • Author(s): Nishio Haruki、Nagano Atsushi J.、Ito Tasuku、Suzuki Yutaka、Kudoh Hiroshi
  • Journal Title: Nature Plants Volume: 6(9) Issue: 9 Pages: 1091-1097
  • DOI: 10.1038/s41477-020-00757-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Altered stomatal patterning accompanies a trichome dimorphism in a natural population of Arabidopsis (2020)
  • Author(s): Simon Noriane M. L.、Sugisaka Jiro、Honjo Mie N.、Tunstad Sverre Aarseth、Tunna George、Kudoh Hiroshi、Dodd Antony N.
  • Journal Title: Plant Direct Volume: 4(9) Issue: 9 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1002/pld3.262
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Experimental Evaluation of Differences in Plastic Phenotypes between <i>Cardamine fallax </i>and <i>C. occulta</i>: Effects of Seasonality on Phenology and Gross Morphology (2020)
  • Author(s): Honjo MN, Marhold K, Kudoh H
  • Journal Title: Acta phytotaxonomica et geobotanica Volume: 71 Issue: 1 Pages: 23-32
  • DOI: 10.18942/apg.201912
  • NAID: 130007809857
  • ISSN: 1346-7565, 2189-7042
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arabidopsis halleri: a perennial model system for studying population differentiation and local adaptation (2019)
  • Author(s): Honjo Mie N、Kudoh Hiroshi
  • Journal Title: AoB PLANTS Volume: 11 Issue: 6
  • DOI: 10.1093/aobpla/plz076
  • NAID: 120006841691
• [Presentation] イネ冷害におけるエピジェネティックな変化の影響 (2021)
  • Author(s): 畠山隆平，村中智明，西尾治幾，本庄三恵，石森裕貴，遠藤貴司，寺西美佳，工藤洋，東谷篤志
  • Organizer: 第62回日本植物生理学会
• [Presentation] 多年草ハクサンハタザオにおける葉寿命の季節的可塑性および決定要因の解析 (2021)
  • Author(s): 湯本原樹，西尾治幾，村中智明，杉阪次郎，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 日本生態学会大会68回
• [Presentation] ヒストン修飾による季節的な遺伝子制御の進化 (2021)
  • Author(s): 西尾治幾，永野惇，伊藤佑，鈴木穣，工藤洋
  • Organizer: 日本生態学会大会68回
• [Presentation] 植物の分子フェノロジー：トランスクリプトーム、エピジェネティクス、生物間相互作用 (2021)
  • Author(s): 工藤洋，湯本原樹，杉阪次郎，伊藤佑，村中智明，西尾治幾，本庄三恵
  • Organizer: 日本生態学会大会68回
• [Presentation] BrAD-seqによるハクサンハタザオの４年間季節トランスクリプトーム解析 (2020)
  • Author(s): 本庄三恵，村中智明，杉阪次郎、工藤洋
  • Organizer: 日本植物学会第８４回大会
• [Presentation] 長期時系列データに基づく防御遺伝子の季節トランスクリプトーム解析 (2020)
  • Author(s): 本庄三恵，西尾治幾，杉阪次郎，工藤洋
  • Organizer: 日本植物学会第８４回大会
• [Presentation] アブラナ科多年草の野外集団における通年日周トランスクリプトームによる遺伝子発現パターンの分類 (2020)
  • Author(s): 村中智明，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 日本植物学会第８４回大会
• [Presentation] 常緑草本ハクサンハタザオの葉寿命における季節的表現型可塑性と枯死過程のRNA-Seq解析 (2020)
  • Author(s): 湯本原樹，杉阪次郎，村中智明，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 日本植物学会第８４回大会
• [Presentation] 日本産アオウキクサの集団内・集団間における形質相関 (2020)
  • Author(s): 村中智明，工藤洋，小山時隆
  • Organizer: 第52回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 常緑草本ハクサンハタザオの葉寿命の季節的可塑性および遺伝子発現解析 (2020)
  • Author(s): 湯本原樹，西尾治幾，村中智明，杉阪次郎，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 第52回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 遺伝子の進化的保存性と季節的な制御の関係 (2020)
  • Author(s): 西尾治幾，永野惇，伊藤佑，鈴木穣，工藤洋
  • Organizer: 第52回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 海岸植物クサトベラの集団間および二型間で果実形質変異が生じる要因 (2020)
  • Author(s): 榮村奈緒子，古本良，内貴章世，梶田忠，工藤洋
  • Organizer: 第52回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 本産アオウキクサの集団内・集団間における形質相関 (2020)
  • Author(s): 村中智明，工藤洋，小山時隆
  • Organizer: 第52回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 植物防御システムの季節プライミング (2020)
  • Author(s): 本庄三恵，西尾治幾，杉阪次郎，工藤洋
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会
• [Presentation] 葉寿命に季節応的可塑性におけるトランスクリプトーム (2020)
  • Author(s): 湯本原樹，杉阪次郎，村中智明，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会
• [Presentation] The origan of circadian:correlation between circadian period and critical day-length in a Japanese short-day flowring duckweed (2020)
  • Author(s): Muranaka T, Oyama T, Kudoh H.
  • Organizer: 第67回日本生態学会大会
• [Presentation] 自然条件下におけるハクサンハタザオの昼夜・季節トランスクリプトーム動態の解析 (2020)
  • Author(s): 村中智明,本庄三恵,工藤洋
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会大会
• [Presentation] 自然環境下における多数のヒストン修飾のゲノムワイド季節動態 (2020)
  • Author(s): 西尾治幾,伊藤佑,本庄三恵,村中智明,榮村奈緒子,工藤洋
  • Organizer: 第61回日本植物生理学会大会
• [Presentation] 長期感染における植物ウイルス‐ホスト間相互作用の季節性 (2019)
  • Author(s): 本庄三恵，榮村奈緒子、川越哲博，杉阪次郎，神谷麻梨，永野惇，工藤洋
  • Organizer: 第83回大会日本植物学会
• [Presentation] コンロンソウ地下茎における遺伝子発現パターンの季節変化 (2019)
  • Author(s): 荒木希和子，安藤葉生，永野惇，工藤洋、久保幹
  • Organizer: 第83回大会日本植物学会
• [Presentation] Effect of seasonal environments on plant defense responses to a virus infection (2019)
  • Author(s): 本庄三恵，伊藤佑，村中智明，西尾治幾，榮村奈緒子，工藤洋
  • Organizer: 第21回日本進化学会
• [Presentation] Unravelling the virus diversity and host-virus interaction in aild plants using RNA-Seq (2019)
  • Author(s): 神谷麻梨，永野惇，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 第21回日本進化学会
• [Presentation] Molecular phenology and altitudinal differentiation in plants (2019)
  • Author(s): Kudoh H
  • Organizer: 第21回日本進化学会
  • Invited
• [Presentation] Transcriptome analysis revealed a seasonality of plant-virus interaction during persisten infection in a natural environment. (2019)
  • Author(s): Honjo MN, Emura N, Kawagoe T, Sugisaka J, Kamitani M, Nagano AJ, Kudoh H
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In natura gene expression pattern. (2019)
  • Author(s): Muranaka T, Honjo MN, Kudoh H.
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular phenology : a long-term 'in natura’ study of a perennial Arabidopsis on the seasonality of gene expressions and epigenetic regulation. (2019)
  • Author(s): Kudoh H, Sugiska J, Muranaka T, Ito T, Nishio H, Honjo MN.
  • Organizer: Frontiers in plant environmental response research.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 季節プライミングは存在するのか？：植物の前歴環境がウイルス感染に与える効果 (2019)
  • Author(s): 本庄三恵，伊藤佑，村中智明，西尾治幾，榮村奈緒子，工藤洋
  • Organizer: 第５１回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 自然条件下における遺伝子発現パターンの分類 (2019)
  • Author(s): 村中智明，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 第５１回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 常緑性草本ハクサンハタザオにおける葉寿命および寿命決定要因の季節変化 (2019)
  • Author(s): 湯本原樹，杉阪次郎，村中智明，本庄三恵，工藤洋
  • Organizer: 第５１回種生物学シンポジウム
• [Presentation] 変動環境に対して頑健に季節応答するためのヒストン修飾H3K27me3が介在するメカニズム (2019)
  • Author(s): 西尾治幾，永野惇，Diana Buzas，岩山幸治，伊藤佑，工藤洋
  • Organizer: 第５１回種生物学シンポジウム