イネ胚乳の生殖的隔離における「綱引き」モデルの分子実態解明

• Project/Area Number: 23K21188
• Project/Area Number (Other): 21H02170 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39010:Science in plant genetics and breeding-related
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 木下 哲 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (60342630)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: イネ / 胚乳 / ポリコーム複合体 / 野生イネ / 生殖的隔離 / インプリンティング / 細胞化 / H3K27me3 / ポリコーム / MADS-box

Outline of Research at the Start

穀類胚乳の生殖的隔離では、オス・メスゲノムの「綱引き」とも表現される仕組みが古くから想定されているが、その分子実態は未だに明らかではない。イネを用いた解析により、「綱引き」の候補因子として、ポリコーム複合体構成因子のOsEMF2aと、その直接の標的でありH3K27me3のヒストン修飾を受ける遺伝子群が浮かびあがっている。本研究では、古くから知られる綱引き現象の分子機構解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

胚乳における生殖的隔離や最終的な胚乳の大きさは、エピジェネティックな制御によりその初期発生期に決定されることが理解されつつある。穀類胚乳の生殖的隔離では、オス・メスゲノムの「綱引き」とも表現される仕組みが古くから想定されているが、その分子実態は未だに明らかではない。イネを用いた解析により、「綱引き」の候補因子として、ポリコーム複合体構成因子のOsEMF2aと、その直接の標的でありH3K27me3のヒストン修飾を受けるOsMADS77を含む幾つかのType-I MADS-box遺伝子群が浮上している。両遺伝子ともにそれぞれメス由来ゲノム、オス由来ゲノム特異的に発現するインプリント遺伝子であり、まさに「綱引き」を担いうる遺伝子である。本研究計画では、ゲノム編集による機能解析ならびにエピゲノム解析により、「綱引き」の分子カスケードの全容を明らかにし、古くから提唱されている胚乳における生殖的隔離の分子実態を解明する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

野生イネのO. officinalisを用いた交雑も計画どおり進んでいる

Strategy for Future Research Activity

O. officinalisを利用した交雑実験、胚乳発生の解析は順調に進められており、OsEMF2aの変異体を用いた胚乳発生異常の緩和も予想どおりであったため、引き続き父母由来の転写産物をSNPs情報を用いて区別し、種間交雑により胚乳発生異常を示す日本晴ｘO. officinalisの交雑と、胚乳発生異常が緩和されるOsEMF2a変異体ｘO. officinalisとの交雑においてallele-specific transcriptome解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] Temporal changes in transcripts of miniature inverted-repeat transposable elements during rice endosperm development (2022)
  • Author(s): Hiroki Nagata, Akemi Ono, Kaoru Tonosaki, Taiji Kawakatsu, Yutaka Sato, Kentaro Yano, Yuji Kishima, Tetsu Kinoshita
  • Journal Title: The Plant Journal Volume: 109 Issue: 5 Pages: 1035-1047
  • DOI: 10.1111/tpj.15698
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Epigenetics and plant reproduction: Multiple steps for responsibly handling succession (2021)
  • Author(s): Ono Akemi、Kinoshita Tetsu
  • Journal Title: Current Opinion in Plant Biology Volume: 61 Pages: 102032-102032
  • DOI: 10.1016/j.pbi.2021.102032
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Osemf2a 変異体を用いたOryza sativa × O. officinalis の雑種種子における生殖的隔離の打破 (2024)
  • Author(s): 櫻井 楓也, 殿崎 薫, 古海 弘康, 佐藤 豊, 木 下 哲
  • Organizer: 日本育種学会