2016 Fiscal Year Annual Research Report
ＲＮＡｉ非依存的ＤＮＡメチル化とゲノム防御機構：核内オルガネラ様配列を用いた解析
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15J08708
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| Research Institution | Kyoto Sangyo University |
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Principal Investigator |
吉田 貴徳 京都産業大学, 総合生命科学部, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | エピジェネティクス / ゲノム防御 / DNAメチル化 / 植物 / ゲノム進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物は、他の分類群と比較して核ゲノムのゲノムサイズや構造が著しく多様である。ゲノムの多様性をもたらす変異のうち、破壊的な変化を抑制しつつゲノムが変化していく仕組みを解明することは、生命の進化を考える上で重要である。
近年、外来配列から核ゲノムを防御するエピジェネティックな機構が注目されている。このような機構としてRNA依存的DNAメチル化が知られている一方、RNAi非依存的にDNAメチル化を引き起こす経路の存在も示唆されている。本研究は、植物の核ゲノム内に存在するオルガネラゲノム由来の塩基配列(核内オルガネラ様配列)がDNAメチル化される現象に着目し、RNAi非依存的にDNAをメチル化する機構、およびゲノム防御機構とゲノム進化との関連性の解明を目指している。
平成28年度は、植物ゲノムにおけるミトコンドリアゲノムに由来するオルガネラ様配列を詳細に解析した。現在利用可能な植物ゲノム情報を用いて、ミトコンドリアゲノムに由来すると考えられる配列を同定し、その存在様式がどのような要因に影響を受けているのかについて推定するために各要素との相関関係を解析した。得られた結果についてまとめ、国際誌に論文を発表した。
そのほかに、近年利用することができるようになったDNAシークエンス技術（ロングリードシークエンス）を用いて、シロイヌナズナ近縁種の新規ゲノム解析を行った。新規ゲノムアッセンブルの結果、これまでのショートリードを用いる場合と比較してより良好なドラフトゲノムを得ることができた。ドラフトゲノム中に存在するオルガネラ様配列の解析を行った。
これまでに得られた研究結果について、２つの国際学会で発表を行った。また、筆頭著者として国際誌に１つの論文を発表した。
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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
（１）ミトコンドリアゲノム由来のオルガネラ様配列の解析
ミトコンドリアゲノムは、プラスチドゲノムと比較してゲノムサイズや反復配列等の多様性が高く複雑な様態を示す。ミトコンドリアゲノム由来のオルガネラ様配列の解析を、植物９種のゲノム情報を用いておこなった。このような配列の合計長は、ミトコンドリア由来の方が多い傾向が見られた。また、ミトコンドリアゲノム中に見られる反復配列数を推定し、オルガネラ様配列との関連を調べたところ、外れ値を示す１種をのぞいた場合に両者に有意な正の相関が見られ、ミトコンドリアゲノム由来のオルガネラ様配列に特異的な特徴であると考えられた。age distributionはプラスチド由来のオルガネラ様配列と類似した特徴がみられ、配列の維持には共通した機構があることが示唆された。オルガネラ様配列を移行した時期ごとに分けて、ゲノムサイズとの関連を調べたところ、推定移行時期が古い配列の総量は核ゲノムサイズと正の相関が見られた。一方、比較的最近に移行した配列にはそのような相関関係が見られなかった。このことから、新しい配列と古い配列との間に、ゲノムへの有害度や核ゲノム側の許容量に何らかの違いがあることが示唆される。
（２）アブラナ科植物ハタザオの新規ゲノム解析
核内オルガネラ様配列の解析には、詳細なゲノム情報が必要不可欠である。近年、これまで広く用いられてきた短い塩基配列を大規模にシークエンスする方式から、長い塩基配列をシークエンスする方法が開発された。これらの新しい技術は、より良いゲノム情報の取得に有用である。モデル植物シロイヌナズナの近縁種で、同じく自殖をするハタザオの新規ゲノム決定をおこなった。得られた配列をアッセンブルし、ミトコンドリアやプラスチドゲノムを決定したほか、核ゲノム内に含まれるオルガネラ様配列やそのほかの外来DNA配列等の解析をおこなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
シロイヌナズナの複数の自然系統を用いた交配実験によって得られた後代集団におけるdifferentially methylated region (DMR) の解析を進める。これまでに行ってきた交配をさらに進めて、F2世代以降の種子を採集する。それらの集団における、DMRの変化について、バイサルファイトシークエンシングを行い解析する。さらに、シロイヌナズナ近縁種を用いた交配も行っている。これらについても、解析を行う。
近縁種ハタザオのゲノム解析について、新たにメチロームデータや遺伝子発現データの取得を行い、オルガネラ様配列のDNAメチル化状態や、遺伝子発現に及ぼす影響について解析する。
現在、プラスチド由来のオルガネラ様配列のDNAメチル化パターンの解析結果について論文を投稿準備中であり、今年度に国際誌に投稿する。その他に得られた結果についても、今年度中の投稿を目標に準備する。
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[Journal Article] Gene duplication, silencing and expression alteration govern the molecular evolution of PRC2 genes in plants.2016
Author(s)
Furihata, H.Y., Suenaga, K., Kawanabe, T., Yoshida, T., Kawabe, A.
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Journal Title
Genes & Genetic Systems
Volume: 91
Pages: 85-95
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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