2015 Fiscal Year Research-status Report
植物はSAMSを介したエピジェネティック制御により、アルミニウム耐性となるか？
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15K07339
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
江崎 文一 岡山大学, 資源植物科学研究所, 准教授 (90243500)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | エピジェネティック制御 / アルミニウム(Al) ストレス耐性機構 / AvSAMS1遺伝子 / DNAのメチル化 / ヒストン蛋白質のメチル化 / アルミニウム(Al) ストレス応答機構 / Cross-resistance / ChIP解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画の目的の1つ目はSAMSを介したエピジェネティック制御が植物のAlストレスにおいて存在するのかを検証することである。
初年度のH27年度には、シロイヌナズナのAvSAMS1発現株とCol-0株（非形質転換株）を用い、Alストレス下でのSAMSを介したエピジェネティック制御の存在を確認した。方法として、(A）「Alストレス誘導型または抑制型遺伝子18個についてバイサルファイト化後のDNA配列決定によるDNAのメチル化状況の比較」と、(B）「ChIP法とRT-PCR法を併用したヒストン蛋白質のメチル化状況の確認」を行った。特に後者では、抗メチル化ヒストン抗体（市販品）を用いた免疫沈降（CHIP法）により、メチル化ヒストンH3を特異的に回収し、それらと特異的に結合するDNAをRT-PCR法で約40遺伝子のプロモーター領域に関して個別に定量した（既に結合力を検討するための候補遺伝子群を40個程度選んでいる）。これによってAlストレス下でのヒストンH3のメチル化の状況をＡｖSAMS1-TF株とCol-0株の間で間接的に比較した。また、当初はH27年度後半からの約1年程度を予定していたが、他の計画を後に回して優先的に進め、ほぼ完了した。
その結果、Alストレスによりシロイヌナズナでは、検討したいくつかの遺伝子においてそのDNA配列のメチル化に変化が見られ、その変動には、比較した2株で差が見られた。また、ヒストンH3の4番目または9番目のリジンについてもそれぞれメチル化（H3K4me3, H3K9me3）の状況についてもAlストレス下で変化が見られ、その変動には比較した2株間で差があった。
これらのことから、シロイヌナズナでは、AvSAMS1遺伝子で促進されるエピジェネティック制御がAlストレスに存在することが示唆された。
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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
当初の計画以上に進み、十分な研究成果が得られたため。
特にAlストレス下でのDNA配列のメチル化における変化は、その変動を見出すのは大変難しいことが予想された。しかし今回はいくつもの遺伝子でその変化をクリアに捉えることができたので、大変意義があった。また、ヒストンのメチル化状況の検討でもＡｖSAMS1-TF株とCol-0株の間で、明瞭な差を見出すことができた。おおむね順調に進展していると判断してよいと思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の2番目の目的は、基幹作物であるイネにも同様の発現制御系が存在し、Al 耐性機構の誘導と耐性化に関連しているかを明らかにすることである。つまりSAMS遺伝子が関連するエピジェネティックな遺伝子の発現制御機構は主要作物のイネにも存在するのか？この点について、以下の検討を予定している。
１）イネのSAMS遺伝子の欠損株(OsSAMS1株)とその非欠損コントロール株を用いて、Al 感受性試験を行い、OsSAMS1が直接的にAl 耐性機構に関与するか否かをまず検討する。２）次にマイクロアレイ法により、Al ストレス下でのゲノムワイドな遺伝子発現の変動の両株での存否を比較検討する。３）さらにAl ストレス下でのDNAのメチル化状況について、bisulphate 法でゲノムDNAを化学修飾した後に塩基配列を決定し、両株間で比較を行う。４）イネには他の金属ストレス（Cd）や酸化ストレス（Diamide）にもエピジェネティックな制御系が存在するのかについて、マイクロアレイ法で明らかにする所までを予定している。特に2年目は、１）～３）について重点的に解析を進める予定である。
さらに今年度は、DNAメチル化酵素欠損シロイヌナズナ形質転換株を用いて、Al ストレス条件下での遺伝子発現様式を比較検討することを予定している。この検討にはmet1、atx1、atx2、suvh4、drm2などのDNAメチル化酵素遺伝子欠損株5株（米国オハイオ州立大学、種子ストックセンターからの分譲を予定）を用いて、５）まずこれらの植物体のAl 感受性を検討する。６）次にマイクロアレイ法で欠損株とコントロールの野生株との間でAl ストレス下でのゲノム全体での発現量の違いを比較解析することを予定している。
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