ミトコンドリアに由来するエピジェネティック経路の解明と育種利用

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03749
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 木下 哲 横浜市立大学, 木原生物学研究所, 教授 (60342630)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ミトコンドリア / 細胞質置換系統 / エピジェネティクス / イネ

Outline of Annual Research Achievements

育種においては、母本に用いる細胞質の由来に応じて、開花時期や耐病性などの様々な育種形質に影響が現れることが知られている。この現象には、核とオルガネラゲノムの相互作用、エピジェネティックなコミュニケーションが想定されているが、その実体は殆ど明らかではない。我々は、DNA脱メチル化制御に関与する細胞質の鉄・硫黄クラスター生合成経路をすでに明らかにしている。興味深いことに、この経路はミトコンドリア内膜のトランスポーターの機能に依存している。本研究計画では、イネをモデルにミトコンドリアに由来するエピジェネティック経路の詳細と育種形質への影響を明らかにし、将来の育種基盤技術創出に資することを目的としている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでにリファレンス植物のシロイヌナズナを用いて、鉄・硫黄クラスター生合成に関わるdre2変異体の詳細な解析を終えている。同遺伝子は、インプリント遺伝子を含めゲノムワイドにDNAメチル化に影響すること、生物・非生物ストレスに応答して発現する遺伝子であることを明らかにしている。細胞質Fe-Sクラスター生合成経路は、ミトコンドリア内膜のABCトランスポーターATM3に依存しているため、イネをモデルにミトコンドリアから核へのエピジェネティックなコミュニケーションを解明するため、Crispr/Casシステムを利用してイネdre2 とatm3変異体を作成し、予備的な解析により予想どうり胚乳発生等に表現型が顕れたため、その詳細を解析している。さらに、野生イネや、インディカ、ジャワニカ、陸稲などの様々な系統を用いて、日本晴に連続戻し交配することにより作成した細胞質置換系統の胚乳におけるエピゲノムの変化に関して、イネのトランスポゾンに特化したカスタムマイクロアレイを用いて解析を行った。

Strategy for Future Research Activity

現在のところ、概ね研究計画どうりに進められており、今後はdre2, atm3ともに詳細な表現型解析、正逆交雑時の変異アレルの伝達率などの解析を進める。これらのFe-Sクラスター生合成の系が核ゲノムのDNAメチル化に影響するかどうかがゴールであるが、まずは、トランスポゾンマイクロアレイ等を活用してエピジェネティックな影響を見積もる。