配偶子致死遺伝子による転移因子の活性化が染色体切断を誘導するメカニズムの解明

• Project/Area Number: 22K20578
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0602:Agricultural and environmental biology and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山森 晃一 京都大学, 農学研究科, 特定研究員 (80964577)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); 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)
• Keywords: 配偶子致死 / コムギ / 利己的遺伝因子 / 染色体切断 / トランスポゾン / ストレス応答

Outline of Research at the Start

パンコムギの近縁種からもたらされた配偶子致死 (Gc) 遺伝子は、配偶子形成の際にGc遺伝子をもたない配偶子の染色体を切断することで致死性を誘導する。本研究では、Gc遺伝子が転移因子 (TE) の活性化をトリガーとして染色体切断を誘導するという仮説の検証を行う。近年、Gc遺伝子は転移因子の発現を活性化することが報告された。非生物ストレスなどのほかの要因でもTEの発現は活性化するが、染色体切断が誘導される頻度はGc遺伝子に比べて極めて低い。本研究ではGc遺伝子とその他のストレス要因によるTEの活性化パターンを比較し、Gc遺伝子による染色体切断に特異的なパターンを発見することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

配偶子致死 (Gametocidal: Gc) 遺伝子は自身を持たない配偶子に染色体切断を誘導することで自身を優先的に後代に伝達させる ‘利己的な遺伝因子’である。本研究ではGc遺伝子の作用機序の特定につなげるために、Gc遺伝子が染色体切断を誘導する領域を特定し、切断作用が特定のDNA配列や染色体構造をターゲットにしているかどうかを検証することを目的としている。
本研究ではまず、Gc遺伝子による染色体切断領域を特定する実験系の確立を試みた。放射線や紫外線などのゲノムストレスによるDNA鎖の切断は相同組換え (HR) や非相同末端結合 (NHEJ) によって直ちに修復される。本研究では、切断されたDNAと相互作用することでHRを誘導するたんぱく質のγH2AXを抗体抗原反応によって検出することを試みた。
本年度は昨年度に引き続き、パンコムギのγH2AX抗体の作成とそれを用いた染色体切断検出法の確立を行った。具体的には、Zeocin処理によって生じる根端細胞の染色体切断を、免疫染色法によって可視化するパイロット実験を行った。その結果、Zeocin処理細胞では無処理細胞に比べて有意に高いγH2AXの蛍光強度を検出することに成功し、Zeocin処理濃度の増加に合わせてγH2AXの蛍光強度が増加することも確かめた。
2年間の研究を通して、当初の計画から遅れが生じたためGc2による染色体切断領域の特定には至らなかったが、抗体の作成と免疫染色およびウエスタンブロットによるコムギゲノムにおける染色体切断検出法を確立することができた。本結果は当初の目的を達成すること以外に、Gc遺伝子以外の要因によるコムギの染色体切断をターゲットとした研究への応用が期待される。