The genetic basis of DNA methylation in rice
| Project/Area Number |
20K22671
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0703:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
佐々木 江理子 九州大学, 理学研究院, 准教授 (20626402)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 野生イネ / DNAメチル化 / シロイヌナズナ / 栽培化 / イネ / トランスポゾン / ゲノム進化 / 栽培化プロセス / 遺伝的基盤 |
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| Outline of Research at the Start |
トランスポゾンは自己複製や転移によって宿主ゲノムに有害変異や多様性を与えるが、一方で宿主となる生物はトランスポゾンの活性をコントロールするDNAサイトシンのメチル化修飾（DNAメチル化）というゲノム防御システムを発達させてきた。このDNAメチル化は個体間に量的なバリエーションを持つため、量依存的にトランスポゾンの転移を調節し環境適応に関わっているという仮説が長く議論されている。本研究では、DNAメチル化に大きな多様性を持つイネの栽培、野生集団に注目し、量的遺伝学のアプローチを用いて、DNAメチル化の量的違いがトランスポゾンの転移に与える効果と進化プロセスを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、トランスポゾンの活性を調節するゲノム防御システムであるDNAメチル化形質がイネの栽培化においてどのように関与したのかという 問いに答えるため、イネ野生系統、栽培系統を対象にDNAメチル化表現型の定量と集団間の比較を行なった。長い栽培化の歴史を持つイネには、遺伝的な多様性に富む共通の祖先野生集団 Oryza rufipogonから派生したジャポニカとインディカという2つの大規模な栽培集団が存在し、ジャポニカとインディカ間では平均DNAメチル化量に約1.6倍という大きな違いがある他、トランスポゾンの転写活性が異なる事が報告されている (Li et al. 2012, BMC Genomics)。
2022年度までに、ジャポニカ、インディカおよびこれらの野生系統を含む96系統のイネ実生を対象にゲノムワイドDNAメチル化シークエンスを実施し、詳細なデータの取得を行なった。栽培系統に比べ、野生系統は高いDNAメチル化レベルを示すという傾向は変わらない一方で、従来の報告(Li et al. 2013, BMC Genomics)に比べてメチル化のゲノム平均レベルがいずれも低く、組織、生育ステージ、あるいは環境によるメチル化の違いが示唆される結果となった。
一方、2023年度ではイネと並行し自然集団のDNAメチル化データが利用できるシロイヌナズナを対象として広く真核生物に保存されているCGメチル化バリエーションのGWASを行った。その結果、クロマチン制御因子CDCA7の多型をCGメチル化バリエーションの原因遺伝子座として同定し、ゲノム編集を行なった変異体系統を用いて機能検証を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
96系統の野生イネのDNAメチル化データセットを構築し、1塩基レベルのメチル化プロファイルの解析を行なった。また、並行してシロイヌナズナ自然集団の解析を進め、真核生物に広く保存されているCGメチル化のバリエーションを制御する因子CDCA7を同定、機能検証を行なった。当初予定していたイネのメチル化バリエーションを決定する遺伝子座の解析は、表現型が従来の報告と合致しない点を再検証するため、やや遅れている。一方、シロイヌナズナを用いた解析は順調に進んでおり、イネの解析を補完する結果として用いることを計画している。
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| Strategy for Future Research Activity |
複数の組織や生育ステージのサンプルを取得してイネのDNAメチル化量を定量し、収集したデータの評価を進める。また、共同研究機関が収集を進めている野生イネの高精度ゲノム情報を利用したゲノムワイド関連解析を実施し、原因遺伝子座の特定を進める。
シロイヌナズナ自然集団のCGメチル化バリエーションの調節因子として同定したCDCA7に着目し、イネにおけるCGメチル化バリエーションとの関連性を評価する。
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Report
(4 results)
Research Products
(12 results)
