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Analysis of stochastic expression variation among plant individuals

Research Project

Project/Area Number 23K18156
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 45:Biology at organismal to population levels and anthropology, and related fields
Research InstitutionRyukoku University

Principal Investigator

永野 惇  龍谷大学, 農学部, 教授 (00619877)

Project Period (FY) 2023-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywordsゆらぎ / トランスクリプトーム / 環境応答 / RNA-Seq / 植物 / 遺伝子発現ゆらぎ / ストレス応答
Outline of Research at the Start

研究代表者らは、個体レベルでの遺伝子発現のゆらぎの数理解析から、同一ゲノム・同一環境であっても、個体間の平均値よりはるかに大きな発現量を示す個体(レアイベント個体)が、低い確率ながらも無視できない割合生じるということを示した。さらに実際の野外環境下において、いくつかの遺伝子の発現が個体間で数千倍のレンジで極めて大きくゆらぐことを見出した。本研究では個体レベルの発現ゆらぎによってレアイベント個体が生じることの生理的・適応的意義を明らかにすることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

応募者らは個体レベルでの遺伝子発現のゆらぎの数理解析から、同一ゲノム・同一環境であっても、個体間の平均値よりはるかに大きな発現量を示す個体(レアイベント個体)が、低い確率ながらも無視できない割合生じるということを示してきた。この結果を受け、「発現ゆらぎによってレアイベント個体が生じることで、予期できず稀におこるストレス時の全滅回避と通常時の生長を両立している」という作業仮説を着想した。本研究ではこの仮説の検証を目指す。
今年度は、まず、発現ゆらぎの分布測定・レアイベント確率の定量手法の確立を行った。具体的には、96ウェルプレートの各ウェルで1個体のシロイヌナズナを栽培し、植物破砕液からRNA抽出をスキップして直接逆転写が可能なdirect RTバッファで破砕、低コストで多検体処理が可能なLasy-Seq法でRNA-Seqを行った。得られた96反復のトランスクリプトームデータから、遺伝子ごとの発現ゆらぎの分布を得た。さらに、小型培養庫を用いて様々な温度環境における分布測定に取り組んだ。これまでに、10、20、30℃において、同様のRNA-Seq実験を行い、それぞれの温度において96反復のトランスクリプトームデータを得た。現在、それらのデータを用いて、ガウス-パワー分布へのフィッティングなどから、発現ゆらぎの分布の遺伝子ごとの特徴を抽出し、レアイベント確率の大きさや分布形状など、より詳細な解析を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、96反復(個体)のRNA-Seq解析から、ゲノムワイドな発現ゆらぎの分布測定・レアイベント確率の定量の方法を確立することができた。また、様々な温度環境における分布測定についても、順調に進んでいる。以上から、研究計画全体に関して、「(2)おおむね順調に進展している。」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、様々な温度条件における発現ゆらぎ分布の解析を完了する。また、ヒストン脱メチル化酵素の変異体などを用いた発現ゆらぎ分布の解析を通じて、ヒストン修飾によって発現ゆらぎ分布が制御される可能性を検証する。
並行して、Luc発光レポーター系を用いた非破壊でのレアイベント個体の検出と生長解析による生理的・適応的意義の検討に取り組む。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Plant Molecular Phenology and Climate Feedbacks Mediated by BVOCs2024

    • Author(s)
      Satake Akiko、Hagiwara Tomika、Nagano Atsushi J.、Yamaguchi Nobutoshi、Sekimoto Kanako、Shiojiri Kaori、Sudo Kengo
    • Journal Title

      Annual Review of Plant Biology

      Volume: 75 Issue: 1 Pages: 605-627

    • DOI

      10.1146/annurev-arplant-060223-032108

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Application of ethanol alleviates heat damage to leaf growth and yield in tomato2024

    • Author(s)
      Todaka Daisuke、Quynh Do Thi Nhu、Tanaka Maho、Utsumi Yoshinori、Utsumi Chikako、Ezoe Akihiro、Takahashi Satoshi、Ishida Junko、Kusano Miyako、Kobayashi Makoto、Saito Kazuki、Nagano Atsushi J.、Nakano Yoshimi、Mitsuda Nobutaka、Fujiwara Sumire、Seki Motoaki
    • Journal Title

      Frontiers in Plant Science

      Volume: 15

    • DOI

      10.3389/fpls.2024.1325365

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An ecological network approach for detecting and validating influential organisms for rice growth2023

    • Author(s)
      Ushio Masayuki、Saito Hiroki、Tojo Motoaki、Nagano Atsushi J
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 12

    • DOI

      10.7554/elife.87202.3

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A low-coverage 3′ RNA-seq to detect homeolog expression in polyploid wheat2023

    • Author(s)
      Sun Jianqiang、Okada Moeko、Tameshige Toshiaki、Shimizu-Inatsugi Rie、Akiyama Reiko、Nagano Atsushi?J、Sese Jun、Shimizu Kentaro?K
    • Journal Title

      NAR Genomics and Bioinformatics

      Volume: 5 Issue: 3

    • DOI

      10.1093/nargab/lqad067

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] BVOC放出の環境応答の定量的なモデル化にむけて2024

    • Author(s)
      永野惇
    • Organizer
      日本植物生理学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

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