植物の成長段階における転写・翻訳開始点に依存したmRNAの運命決定の解明
| Project/Area Number |
23K23868
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| Project/Area Number (Other) |
22H02605 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43050:Genome biology-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research (2024)
The University of Tokyo (2022-2023) |
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Principal Investigator |
栗原 志夫 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 客員研究員 (60455342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蒔田 由布子 前橋工科大学, 工学部, 教授 (80443026)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | 光応答 / 翻訳変化 / 転写開始点 / 翻訳開始点 / リボソームプロファイリング / 光受容 / NMD / 遺伝子発現 |
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| Outline of Research at the Start |
遺伝子から転写された mRNA はタンパク質へと翻訳される一方、用を終えたmRNA や異常な mRNA は選択的に分解される。加えて翻訳も分解もされずに保存されるmRNA も存在する。しかし、植物が成長するにつれて変化する mRNA の「翻訳」か「分解」か「保存」かの運命決定のメカニズムは不明な部分が多い。本研究では、成長段階で変化する転写・翻訳開始点に依存的な mRNA 運命決定の解明を目指す。本研究から、植物が成長していく過程において個々の遺伝子の発現が多様性に富んで活躍することを示す成果が得られると確信する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は暗所で発芽し、光を受けて形態形成を変化させながら成長する。その成長につれて変化する mRNA の「翻訳」か「分解」か「保存」かの運命決定のメカニズムは不明な部分が多い。先行研究によって、暗所で発芽したシロイヌナズナ幼苗が青色光を受容すると、複数の遺伝子において転写開始点と翻訳開始点の位置変化が起こることがわかった。本研究では、成長に伴い変化する転写・翻訳開始点に依存的な mRNA 運命決定の解明を目指すことを目的とした。特に、ナンセンス変異を持つ異常なmRNAを選択的に分解する機構であるnonsense-mediated mRNA decay (NMD) の標的となるmRNAの特徴に注目した。
これまでに、暗所で発芽したシロイヌナズナの野生型とNMDノックダウン変異体upf1-1の幼苗を青色光下に露光させてから0時間後、3時間後、24時間後のCAGE、RNA-seq、Ribo-seq（モノソームプロファイリングとダイソームプロファイリング）、TI-seq、ISO-seの各解析によるシークエンスデータを取得してきた。さらに、10日間生育した植物の各解析データも追加で取得してきた。それらの粗データをシロイヌナズナゲノムにマッピングを行い、ゲノムブラウザを用いて視覚的に検査することによって、各データの信頼性を確認することができた。
CAGEによる転写開始点とISO-seqによる完全長転写物のデータから、遺伝子間スプライシングによって生成されるポリシストロニックなmRNAがNMDの標的となることを明らかにすることができた。さらに、同一遺伝子において、転写開始点と翻訳開始点の違いから、翻訳される読み枠が異なり、全く別の最終産物が生成されると予想される複数の遺伝子を同定してきた。現在、それらのmRNAの運命がどのようになるのか探索しているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまでに、暗所で発芽したシロイヌナズナの野生型とNMDノックダウン変異体upf1-1の幼苗を青色光下に露光させてから0時間後、3時間後、24時間後のCAGE、RNA-seq、Ribo-seq（モノソームプロファイリングとダイソームプロファイリング）、TI-seq、ISO-seの各解析によるシークエンスデータを取得してきた。さらに、10日間生育した植物の各解析データも追加で取得してきた。現在、これらのデータを統合的に解析し、各遺伝子の運命決定について調査しているところである。しかしながら、期間中に二度の研究実施機関の異動があったため、当初の予定より進歩に遅れが出ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
暗所で発芽したシロイヌナズナ幼苗を青色単色光下に露光させてから0時間後、3時間後、24時間後および10日間生育した後のCAGE、RNA-seq、Ribo-seq（モノソームプロファイリング）、TI-seq、ISO-seqの各解析によるシークエンスデータを取得してきた。そこでは野生型植物とRNA品質管理機構NMDの機能欠損変異体であるupf1-1についてデータを取得した。これらのデータを精査することによって転写開始点、翻訳開始点、RNA蓄積量および翻訳量をゲノムワイドに明らかにし、成長に連れて起こる転写開始点の変化に連動して翻訳開始点が変化する遺伝子群を同定する。また、上記と同時に同一サンプルから取得したRibo-seq（ダイソームプロファイリング）によって得たシークエンスデータを解析することで、リボソームの停滞位置と可能であれば成長に伴うそれらの変化をゲノムワイドに同定する。そして、mRNA量と翻訳量の変動とリボソームの停滞の関係性を調べる。upf1-1変異体では野生型と比較して、同一遺伝子においても翻訳開始点に従う終止コドンの位置によって、NMDの標的となる転写物の蓄積の増加が見られると考えられる。そこで、翻訳領域、翻訳開始点とNMDの3者の関係性についても明らかにする。さらに、Nanoporeシークエンシングによって取得した全長転写物のシークエンスデータから、どの両開始点情報がどの転写物に由来するのかを推定する。研究成果を論文にまとめる。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Transcriptional activation of ribosome-related genes at initial photoreception is dependent on signals derived from both the nucleus ans the chloroplants in Arabidopsis thaliana.2023
Author(s)
Akagi, C., Kurihara, Y., Makita, Y., Kawaguchi, M., Tsuge, T., Aoyama, T., Matsui, M.
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Journal Title
J. Plant Res.
Volume: 136
Issue: 2
Pages: 227-238
DOI
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Peer Reviewed
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