Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
研究代表者らはこれまでに植物の未分化な細胞の塊であるカルスからシュートを再分化させる過程において、カルスの段階でシュート形成に必要な遺伝子群が転写スタンバイ状態となり、シュート再生時にそれら遺伝子群の転写が協調的に活性化される、という遺伝子プライミング現象の存在を発見した。しかし、プライミング遺伝子において転写スタンバイ状態が形成される仕組みやプライミング遺伝子群の協調的な遺伝子発現を可能にする仕組みは未解明である。本研究では、再分化前のカルスにおけるプライミング遺伝子を含むクロマチンの3次元構造を解析し、遺伝子プライミング現象可能にするクロマチン構造制御の仕組みの解明を目指す。
植物の再分化過程では、一定周期で増殖を続ける未分化状態の細胞群（カルス）の一部が変調して運命転換する。この細胞増殖周期から再分化過程への変調において、変調準備システムと考えられるプライミング現象をもたらすクロマチン構造制御機構の解明を目指した。2021年度の研究を通じて以下の成果を得た。1) ヒストン脱メチル化酵素LDL3によるカルス培養期間中のヒストンH3K4me2の脱メチル化がプライミング現象に必要であることが分かっている。カルスの中でも再生現象に直接的に関わるLDL3を発現する細胞に着目したクロマチン構造解析を行うため、改良INTACT法によるLDL3発現細胞核を単離する系の確立を進めた。2) シュート再生に関わる新規因子として、H3K4meをターゲットとするヒストンメチル化酵素ATX3/4/5を同定した。atx3/4/5変異体の解析から、カルス培養期間中にATX3/4/5によってH3K4me2レベルの上昇を受けることが、シュート誘導に応答した遺伝子発現上昇に（プライミング）関わる可能性が見出された。また、ATX3/4/5がターゲットとする遺伝子候補の中に、再生に重要な役割を果たす転写因子が含まれていることを明らかにした。3) シュート再生に関わる新規因子として、ヒストン脱アセチル化酵素HDA19を同定した。hda19変異体の解析から、HDA19はプライミングに関わる可能性は低いと考えられた。一方で、シュート誘導時のカルスにおいて、HDA19によるヒストンの脱アセチル化を介した転写抑制作用を通じて、シュート再生に必須なESR1やCUC2などの転写因子の発現レベルや部位が適切に調節されることが、シュート再生をもたらすために重要であることを示した。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2022 2021 2020 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results, Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)
Communications Biology
Volume: 4 Issue: 1 Pages: 580-580
10.1038/s42003-021-02106-0
CYTOLOGIA
Volume: 85 Issue: 4 Pages: 263-267
10.1508/cytologia.85.263
130007957724
https://www.tus.ac.jp/today/archive/20210518_0942.html
