| Project/Area Number |
24K09486
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
井上 佳祐 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (20805931)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 生殖 / 小分子RNA / small RNA / 精細胞 / 植物 / ゼニゴケ |
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| Outline of Research at the Start |
動植物の生殖器官では特殊な小分子RNAが発現しており、動物ではPIWI-piRNAが、種子植物ではAGO-phasiRNAが配偶子形成に寄与している。piRNAとphasiRNAの進化的な関係については、動物と種子植物の溝を埋める生物種の不在に起因して理解が不十分であった。本研究では、動物（PIWI）と植物（phasiRNA）の両方の特徴を併せもつ基部陸上植物ゼニゴケを用いて、動植物における生殖器官特異的な小分子RNA経路の進化や生物学的な意義を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
動植物の生殖器官では特殊な小分子RNAが発現しており、動物ではPIWI-piRNAが、種子植物ではAGO-phasiRNAが配偶子形成に寄与している。piRNAとphasiRNAには多数の類似点がみられることから、両者の進化的な関係について議論されてきたが、動物と種子植物の溝を埋める生物種の不在に起因して理解が不十分であった。そこで、本研究では、動物（PIWI）と植物（phasiRNA）の両方の特徴を併せもつ基部陸上植物ゼニゴケを用いて、精細胞特異的に発現するPIWI-phasiRNAの詳細な性質決定を行い、動植物における生殖器官特異的な小分子RNA経路の進化や生物学的な意義を理解する。
本年度は、国立台湾大学との共同研究によって野生型およびphasiRNA生合成への関与が期待される変異体を用いたsmall RNA-seqおよびDegradome-seqを行い、これらのデータからゼニゴケphasiRNAの一次切断に寄与するmiRNAの同定に成功した。また、先進ゲノム支援によってNanopore direct RNA sequencingのデータを取得することができたため、長鎖の前駆体RNAの全長やプロセシング過程の転写産物を捉えることにも成功し、phasiRNAの生合成過程を詳細に明らかにすることができた。今回の結果から、ゼニゴケのphasiRNAの生合成はmiRNAによる前駆体RNAの一次切断を起点として二本鎖化が生じ、二本鎖RNAの二次切断によって産生されるという種子植物のphasiRNAと共通の機構をもつものの、一次切断に寄与するmiRNAは種子植物と異なっていたことから、これらは収斂進化によって獲得された可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
種々のシーケンスデータの解析から当初の予定よりも早く生合成経路の大部分を明らかにすることができた。また、PHAS座の全長を欠損した変異体における発現変動遺伝子からゼニゴケphasiRNAの機能についての手がかりを得ることもできており、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
生合成経路については概ね明らかにすることができたため、今後はPIWIの機能解析を重点的に進める。遺伝子のN末端にノックインを行うベクターを新たに開発したため、2種のPIWIの蛍光タンパク質ノックイン株を作出して精子における細胞内局在を観察するとともに、PIWIのRIP-seqによって結合するsmall RNAを同定する。また、変異体を作出してphas変異体と表現型を比較する。
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