転移因子の活性を制御するエピゲノムリプログラミング機構の解明

• Project/Area Number: 21K05519
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: 築山 拓司 近畿大学, 農学部, 准教授 (00423004)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉川 貴徳 京都大学, 農学研究科, 助教 (00721606) ; 谷坂 隆俊 吉備国際大学, 農学部, 教授 (80026591)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 転移因子 / イネ / エピジェネティック / リプログラミング

Outline of Research at the Start

本研究では、熱帯-温帯ジャポニカ品種間の交雑によるエピゲノム変化を解析するとともに、自律性因子Pingの染色体座乗位置が活性型転移因子mPingの転移におよぼす効果を解析することで、進化的軍拡競争において宿主ゲノムが獲得した転移因子への対抗手段の一端を明らかにしようとするものである。また、Pingを活性化する交雑組み合わせを明らかにすることで、mPingを用いた効率の良い変異創成システムを開発することができると期待される。

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究から、イネ熱帯ジャポニカ品種「おいらん」において非自律性転移因子mPingの転移を触媒する自律性因子Pingの活性はエピジェネティックに抑制されているが、温帯ジャポニカ品種「日本晴」との交雑後代（F1）ではその抑制が解除されることが明らかになっている。
Pingを標的としたDNAメチル化の低下は、おいらんと日本晴の交雑組み合わでのみ生じるのかを明らかにするために、「おいらん」と温帯ジャポニカ品種「銀坊主」、および熱帯ジャポニカ品種「浦三一号」と「日本晴」の交雑F1を作出し、Ping内部のメチル化程度を調査した。おいらんと銀坊主のF1において、おいらん由来のPingではCHGサイトのメチル化が低下していた。一方、浦三一号と日本晴のF1において、浦三一号由来のPing（おいらんのPingと同じ座乗位置）ではメチル化程度は低下していなかった。これらのことから、Pingを標的としたDNAメチル化の低下は、熱帯ジャポニカ品種と温帯ジャポニカ品種の交雑組合せで広く見られる現象ではないことが明らかになった。
mPingが活発に転移している銀坊主はPingを7コピー（Ping-1～7）有している。昨年度の研究から、これらのPingのうち、Ping-1が高いmPing転移活性を有していることが明らかになっている。Ping-1は、他のPingとは異なり、新規Tc1/mariner様転移因子Pyongの内部に挿入されていることから、PyongがPing-1の発現を制御している可能性がある。そこで、本年度は、GUSをレポーター遺伝子としてPyongのプロモーター活性の有無を調査するために、Pyong:GUSカセットを有する遺伝子組み換えイネを作出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では、①温帯-熱帯ジャポニカ品種間の交雑によるエピゲノム変化の解明、②位置効果で制御されるPingの同定、および③Pingを標的としたエピゲノムリプログラミングが生じる交雑組み合わせの検証を計画している。今年度は、②において、銀坊主が有する7つのPingのうち、第1染色体の短腕に座上するPing-1が新規Tc1/mariner様転移因子Pyongの内部に挿入されていることに着目し、Pyong:GUSカセットを有する遺伝子組換えイネを作出した。また、③において、おいらんと銀坊主、および浦三一号と日本晴のF1では熱帯ジャポニカ品種が有するPingのDNAメチル化は低下しないことを明らかにした。これらのことから、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。しかし、①において、ヒストン修飾の解析ができなかったことから、進展しているとはいえない。令和5年度は、学内外の研究者の協力を得ながら、全ての研究計画が遂行できるように努めるつもりである。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度は、まず、ヒストン抗体を用いたクロマチン免疫沈降法（ChIPアッセイ）によっておいらんと日本晴のPingが座乗する染色体領域のクロマチン状態を解析する。また、これまでに作出したおいらんと日本晴の交雑後代からそれぞれの品種に由来するPingを1コピーだけもつ系統を選抜し、ChIPアッセイによってそれぞれのPingが座乗する染色体領域のクロマチン状態の変化を解析する。
次いで、おいらんと銀坊主のF1におけるPingの発現量を解析し、銀坊主が有する7つのPingのうち、交雑によるリプログラミングで活性化したPingがないかを調査する。
令和4年度に作出したPyong:GUSカセットを有する遺伝子組換えイネをGUS染色に供試し、Pyongがプロ―ター活性を有するかを解析する。