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Molecular functins of m6A mRNA modification in plant cell differentiation

Research Project

Project/Area Number 22K06269
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
Research InstitutionUniversity of Shizuoka

Principal Investigator

田村 謙太郎  静岡県立大学, 食品栄養科学部, 准教授 (40378609)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords核膜 / 核膜孔 / mRNA輸送 / 遺伝子発現制御 / 修飾mRNA / メチル化 / エピトランスクリプトーム / 遺伝子発現 / m6A mRNA / mRNA修飾 / 高等植物 / トランスクリプトーム / 細胞分化
Outline of Research at the Start

RNA修飾はRNAが正しく機能するうえで欠かせない質的な情報である.植物で最も豊富に存在するのはm6A (N6-メチルアデノシン) によるmRNAの修飾である(Luo et al. 2014).mRNA上の修飾部位は植物種間で高く保存されていることから,高等植物の発生・成長に重要な役割を果たしていることが示唆されている.しかしながら,高等植物においてm6A修飾されたmRNAがどのような因子と相互作用して分子機能を発揮するかはほとんど分かっていない.本研究では,「mRNA修飾による遺伝情報の発現システム」という新しい視点で,植物細胞の成長分化を担う分子モデルの構築を目指す.

Outline of Annual Research Achievements

修飾mRNAによる細胞分化機構の理解を目的として研究を進めている.私達はシロイヌナズナIPOD1が修飾mRNAの読み取り (reader) タンパク質をコードしていることをこれまでに同定してきた.IPOD1欠損変異体では細胞の増殖期から成長分化期への切り替えが異常になり,栄養器官での核内倍加が昂進することを見いだしている.これらを足掛かりに修飾mRNAの新規機能探索を行った.
今年度は修飾mRNAの輸送を担う核膜孔複合体の構成成分Nucleoporin50 (Nup50)の解析をおこなった.シロイヌナズナのゲノム中にはNup50aおよびNup50bの2遺伝子が存在していた,GFPを用いた発現解析により,Nup50aおよびNup50は栄養器官から生殖器官まで広く発現しており,他のnucleoporinとは異なり,主に核内に局在していることがわかった.特に,登熟中種子でNup50aとNup50bの発現量が高いことから,種子形成にこれらNucleoporinが関与することが示唆された.そこで,ゲノム編集を用いてnup50a nup50b二重変異体を作出し,表現型の詳細な解析をおこなった.その結果,nup50a nup50b二重変異体では種子の形状異常,稔性低下,種子寿命低下の表現型が観察された.一方で,栄養器官においては野生型と同様の成長を示した.比較トランスクリプトーム解析によりNup50aとNup50bは種子形成中の細胞壁関連遺伝子の発現制御を担っていることが分かった.この発現制御を通じて,Nup50は種皮形成に重要な役割をもつ可能性が示唆された.以上の結果からmRNA輸送を担う核膜孔複合体の種子における新しい役割を示すことができた (Oishi et al. 2024).

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度はmRNAの核内外輸送をになう核膜孔複合体の構成成分Nucleoporin50 (Nup50)の同定を行うことができた.ゲノム編集により作出した二重欠損変異体の解析を通じて,当初予想していなかった新しい生理機能を発見することができた.一方で,当初計画していたIPOD1自身の解析に費やす絶対的な時間が減少してしまった.次年度は,研究期間全体で立てた3つの研究計画の柱の残りの二つを遂行できるよう研究を進める.

Strategy for Future Research Activity

これまでに同定できたIPOD1優性変異体を活用し,IPOD1の細胞内での機能解析を進める.またIPOD1様タンパク質 (IPOD1L)ファミリーの機能分担を明らかにしたい.
1. 優性変異型IPOD1-GFPおよび野生型IPOD1-GFPを発現する植物を用いて,細胞内局在の変化及び相互作用するmRNAの探索を行う.前年度までに,IPOD1-GFPは熱ストレスにより細胞質内で速やかな相分離が引き起こされることを見いだしている.この相分離は可逆的で,温度にのみ依存しておきることが分かっている.この温度ストレス依存的な相分離に優性変異がどのように影響を及ぼすかを明らかにする.同時に,mRNAの読み取り機能への影響をRNA免疫沈降で検討する.
2.シロイヌナズナのゲノム中には12種類のIPOD1様タンパク質 (IPOD1L)ファミリーが存在しているが,それらの機能分担については不明なままである.前年度までに単離した多重変異体を用いて詳細な表現型解析をおこなう.特に,細胞分化に注目して観察を行う.同時に,RNA-seqによるトランスクリプトーム解析をおこなって, IPOD1変異によるトランスクリプトーム変化(すでに取得済み)との比較を行うことで,IPOD1Lの機能分化に関する知見を得たい.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 6 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] INRA/IBMP/GReD(フランス)

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      Microbial Cell Factories

      Volume: 23 Issue: 1 Pages: 4-4

    • DOI

      10.1186/s12934-023-02273-1

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      Takei Takahito、Tsukada Michio、Tamura Kentaro、Hara-Nishimura Ikuko、Fukao Yoichiro、Kurihara Yukio、Matsui Minami、Saze Hidetoshi、Tsuzuki Masayuki、Watanabe Yuichiro、Hamada Takahiro
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: in press Issue: 2 Pages: 1333-1346

    • DOI

      10.1093/plphys/kiae135

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      Volume: 16 Issue: 6 Pages: 973-974

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      10.1016/j.molp.2023.05.007

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      Mermet Sarah、Voisin Maxime、Mordier Joris、Dubos Tristan、Tutois Sylvie、Tuffery Pierre、Baroux Celia、Tamura Kentaro、Probst Aline V、Vanrobays Emmanuel、Tatout Christophe
    • Journal Title

      The Plant Cell

      Volume: 35 Issue: 12 Pages: 4284-4303

    • DOI

      10.1093/plcell/koad236

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      Oishi Ayumi、Nakagawa Shitomi、Tamura Kentaro
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      Journal of Experimental Botany

      Volume: 75 Issue: 1 Pages: 60-72

    • DOI

      10.1093/jxb/erad396

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      Hosokawa Chika、Yagi Hiroki、Segami Shoji、Nagano Atsushi J、Koumoto Yasuko、Tamura Kentaro、Oka Yoshito、Matsushita Tomonao、Shimada Tomoo
    • Journal Title

      Plant and Cell Physiology

      Volume: 65 Issue: 3 Pages: 350-361

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad156

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      Moriya Kenta C.、Shirakawa Makoto、Loue-Manifel Jeanne、Matsuda Yoriko、Lu Yen-Ting、Tamura Kentaro、Oka Yoshito、Matsushita Tomonao、Hara-Nishimura Ikuko、Ingram Gwyneth、Nishihama Ryuichi、Goodrich Justin、Kohchi Takayuki、Shimada Tomoo
    • Journal Title

      Nature Plants

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 302-314

    • DOI

      10.1038/s41477-022-01325-5

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      Onoda Keita、Kato Mai、Tsunematsu Yuta、Eto Fumihiro、Sato Michio、Yoshioka Yasukiyo、Yoshida Takuya、Tamura Kentaro、Yao Ikuko、Dohra Hideo、Watanabe Kenji、Miyoshi Noriyuki
    • Journal Title

      Journal of Agricultural and Food Chemistry

      Volume: 71 Issue: 10 Pages: 4292-4297

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      10.1021/acs.jafc.2c08478

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      Kobayashi Haruaki、Murakami Kazuaki、Sugano Shigeo S.、Tamura Kentaro、Oka Yoshito、Matsushita Tomonao、Shimada Tomoo
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 13 Pages: 1051017-1051017

    • DOI

      10.3389/fpls.2022.1051017

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  • [Journal Article] Validation of nuclear pore complex protein-protein interactions by transient expression in plants2022

    • Author(s)
      Fumika Ikeda、Kentaro Tamura
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      Methods in Molecular Biology

      Volume: 2502 Pages: 235-243

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2337-4_15

    • ISBN
      9781071623367, 9781071623374
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      Kenta C. Moriya, Makoto Shirakawa, Jeanne Loue-Manifel, Yoriko Matsuda, Yen-Ting Lu, Yoshito Oka, Tomonao Matsushita, Kentaro Tamura, Ikuko Hara-Nishimura, Gwyneth Ingram, Ryuichi Nishihama, Justin Goodrich, Takayuki Kohchi, Tomoo Shimada
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      小出真也,田村謙太郎
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      大長 薫,弘埜 陽子,菊川 寛史,田村 謙太郎,原 清敬
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      Hiroki Yagi, Iori Mihara, Kentaro Tamura, Tomonao Matsushita, Ikuko Hara-Nishimura, Haruko Ueda, Tomoo Shimada
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      Junpei Takagi, Hieyuki Takahashi, Minoru Nagano, Yoshitaka Kimori, Yoichiro Fukao, Haruko Ueda, Kentaro Tamura, Tomoo Shimada, Ikuko Hara-Nishimura
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      The 33rd International Conference on Arabidopsis Research
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      太田翔平,櫻井貴之,嶋田知生,田村謙太郎
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      守屋健太,白川一,Jeanne Loue-Manifel,松田頼子,田村謙太郎,岡義人,松下智直,西村いくこ,Gwyneth Ingram,西浜竜一,Justin Goodrich,河内孝之,嶋田知生
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      Hiroki Yagi, Iori Mihara, Atushi J. Nagano, Kentaro Tamura, Nobuyoshi Mochiuki, Akira Nagatani, Tomonao Matsushita, Tomoo Shimada, and Haruko Ueda
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    • Author(s)
      村上知暉,安西慎太郎,阪井裕美子,田村謙太郎,松田佳祐,今井敏郎,大越研人,佐藤安弘, 永野惇,岡義人,松下智直,嶋田知生
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      第63回日本植物生理学会
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    • Author(s)
      太田翔平,櫻井貴之,嶋田知生,田村謙太郎
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    • Author(s)
      森愛理,Valerie Gaudin,田村謙太郎
    • Organizer
      第63回日本植物生理学会
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      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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