Searching non-canonical small genes associated with plant pathogens

• Project Area: Multifaceted Proteins: Expanding and Transformative Protein World
• Project/Area Number: 21H05724
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 花田 耕介 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (50462718)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 短い遺伝子 / プロテオーム / Ribo-seq / シロイヌナズナ / 植物 / non-AUG

Outline of Research at the Start

本研究では、Ribo-seq解析およびプロテオーム解析を駆使し、病害菌に応答する非AUGを開始コドンに持つ未知の短い遺伝子をシロイヌナズナで新たに推定し、病害菌からの感染防御を上昇させるペプチドをコードしているものを発見することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

病害菌に感染したときに誘導される２つの植物ホルモンを添加し、シクロヘキサミドに湿潤させ、リボソームの翻訳を停止させた。その後、液体窒素で粉々にした植物体に存在する全RNAを分解し、リポソームに保護されているRNA断片のみを抽出した。それらのRNA断片をcDNAとしてライブリー化して、Illumina HiSEQで、リボソームに保護されていたmRNA断片を網羅的に決定した。これらのRibo-seq解析は、当該領域の公募研究班である七野班の指導の下で実施した。Ribo-seq解析で決定されたReadを遺伝子にマッピングすると、開始コドンと終止コドン付近で多くのReadが決定され、コドンにMappingされる位置も3塩基周期を持つ。我々が決定したReadは、これらの特徴を明確に有していた。Readのマッピングの際に、第1コドンにMappingされるように補正をかけ、100bp以内でマッピングされるコーディング領域を予測した。予測されたコーディング領域の内、既知遺伝子領域に存在せず、ジャスモン酸あるいはサリチル酸添加で有意に発現が上昇する1225個のコーディング領域を見出した。これらのORFの内、どのORFがタンパク質をコードするかを決定するために数理モデルの構築を行った。その際に、Li et alらの研究（Genome Research 2020）で予測されたAUGを開始コドンに持つ8115個の既知遺伝子と非AUGを開始コドンに持つ2792個の既知遺伝子の塩基組成と、Ribo-seqのRead部位によって予測される第１コドン部位を学習データとして、既知遺伝子を最も予測できる数理モデルを構築した。その数理モデルを用いて、各転写配列の中で、最も尤度の高いORFを候補遺伝子領域とした。これらのORFの中で、非AUGを開始コドンに持つ54個の遺伝子領域を見出すことに成功している。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Expression profiles in knock-down transgenic plants of high and low diversified duplicate genes in <i>Arabidopsis thaliana</i> (2023)
  • Author(s): Takeda Tomoyuki、Ezoe Akihiro、Hanada Kousuke
  • Journal Title: Genes & Genetic Systems Volume: 98 Issue: 5 Pages: 283-286
  • DOI: 10.1266/ggs.23-00019
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • Year and Date: 2023-10-01
• [Journal Article] Enhanced growth rate under elevated CO2 conditions was observed for transgenic lines of genes identified by intraspecific variation analyses in Arabidopsis thaliana (2022)
  • Author(s): Oguchi Riichi、Hanada Kousuke、Shimizu Minami、Mishio Masako、Ozaki Hiroshi、Hikosaka Kouki
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: 110 Issue: 4-5 Pages: 333-345
  • DOI: 10.1007/s11103-022-01265-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A de novo gene originating from the mitochondria controls floral transition in Arabidopsis thaliana (2022)
  • Author(s): Takeda T, Shirai K, Kim Y, Higuchi-Takeuchi M, Shimizu M, Kondo T, Ushijima T, Matsushita T, Shinozaki K and Hanada K
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: 111 Issue: 1-2 Pages: 189-203
  • DOI: 10.1007/s11103-022-01320-6
  • Peer Reviewed / Open Access