2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analyses of stem cell genomes in long-lived plants
| Project Area | Principles of pluripotent stem cells underlying plant vitality |
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| Project/Area Number |
17H06478
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
佐竹 暁子 九州大学, 理学研究院, 教授 (70506237)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
陶山 佳久 東北大学, 農学研究科, 准教授 (60282315)
谷 尚樹 国立研究開発法人国際農林水産業研究センター, 林業領域, 主任研究員 (90343798)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ゲノム / 突然変異 / DNA修復 / 樹木 / 長寿命 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞に格納されたDNAは常に複製エラーや紫外線による損傷にさらされているため、同一個体であっても、ゲノムDNAの体細胞間変異が存在する。ゲノムDNAの体細胞変異の存在は、次世代シーケンサーの出現によって実証可能になってきた。しかし植物の寿命の長さと変異蓄積量およびDNA修復能力に関係があるのかは、ほとんどわかっていない。さらに、温帯と熱帯などDNA損傷の変異原量や捕食者による食害圧の異なる環境では個体内変異蓄積量に顕著な違いがあるのかは未解明のままである。本研究はこれらの手付かずのまま残された問題の解明に挑戦する。
2019年度は、ブナ科樹木を対象にDNA修復遺伝子の発現を野外環境で調べるために、フィールドトランスクリプトームデータを分析した。本データは芽と葉組織を2週間に3個体より採取し、カスタム化されたDNAマイクロアレイによって約2万遺伝子の発現量を2年間野外で定量したものである。DNA損傷応答・修復に関わる152遺伝子の発現量変化を分析したところ、二本鎖DNA切断に応答するATMは7月から8月に発現のピークがあるのに対し、一本鎖DNAを生じるDNA損傷に応答するATRは2月から3月に最も発現が高いという違いが見られた。
さらにDNA修復に関わる酵素など突然変異率に大きな影響を及ぼすと考えられる遺伝子を植物種間で比較した。樹木13種と草本16種において、DNA修復に関わる144の遺伝子ファミリーにおいてそれぞれのコピー数を取得し種間で比較した結果、ほとんどの遺伝子ファミリーでは樹木と草本の間で差はみられませんが、塩基除去修復を担うPARPでは樹木のほうが有意にコピー数が多いことが明らかとなった。これは、樹木において生じた遺伝子重複によって一部の相同組み換え修復と塩基除去修復の効率が高まっている可能性を示唆する結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
●DNA損傷応答・修復に関わる遺伝子の季節的発現プロファイルを明らかにすることができた。
●樹木で顕著に遺伝子数が増加した遺伝子ファミリーを特定することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
●今後は熱帯地域に生息する樹木に対象を広げ、年中紫外線量と温度が高い環境でDNA損傷応答・修復遺伝子はいつ発現しているのか、突然変異の蓄積は熱帯樹木では温帯樹木より顕著に高いかどうか、を解明する。
●熱帯樹木であるフタバガキ科サラノキ属を対象に、ドラフトゲノムを作成しこれまで得られた枝毎のシーケンスデータをマッピングすることで個体内変異を検出する。検出結果を温帯樹木の変異蓄積パターンと比較することで、年中紫外線量と温度が高い環境で進行する変異蓄積の特徴を抽出する。
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[Journal Article] From theory to experiments for testing the proximate mechanisms of mast seeding: an agenda for an experimental ecology.2020
Author(s)
Bogdziewicz M, Ascoli D, Hacket-Pain A, Koenig WD, Pearse I, Pesendorfer M, Satake A, Thomas P, Vacchiano G, Wohlgemuth T, Tanentzap A.
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Journal Title
Ecology Letters
Volume: 23
Pages: 210-220
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Potential of Genome-Wide Association Studies and Genomic Selection to improve productivity and quality of commercial timber species in tropical rainforest, a case study of Shorea platyclados2020
Author(s)
Sawitri, Naoki Tani, Mohammad Na’iem, Widiyatno, Sapto Indrioko, Kentaro Uchiyama, Rempei Suwa, Kevin Kit Siong Ng, Soon Leong Lee, Yoshihiko Tsumura
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Journal Title
Forests
Volume: 11
Pages: 239
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] High-quality SNPs from genic regions highlight introgression patterns among European white oaks (Quercus petraea and Q. robur)2020
Author(s)
T Lang, P Abadie, V Leger, T Decourcelle, JM Frigerio, C Burban, C Bodenes, E Guichoux, GL Provost, C Robin, N Tani, P Leger, C Lepoittevin, VAE Mujtar, F Hubert, J Tibbits, J Paiva, A Franc, F Raspail, S Mariette, MP Reviron, C Plomion, A Kremer, ML Desprez-Loustau, P Garnier-Gere
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Journal Title
bioRxiv
Volume: 1
Pages: 1-44
DOI
Open Access / Int'l Joint Research
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